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结构无序二维光子晶体的光学特性

作　者: 温清凌
导　师: 谢应茂
学　校: 赣南师范学院
专　业: 光学
关键词: 光子晶体 时域有限差分方法 禁带 无序
分类号: O734
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 49次
引　用: 1次
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内容摘要


本文将用时域有限差分(FDTD)法研究结构部分无序二维光子晶体的光学特性。采用完全匹配层(PML)吸收边界条件来截断计算区域,用Matlab语言编制了理想二维光子晶体和部分无序二维光子晶体光学特性等有关研究问题的数值模拟计算程序。对于结构部分无序二维光子晶体,介质柱的位置和大小无序都对光子晶体的高频透射特性都有影响而对低频几乎无影响;随着无序度增大,禁带呈现拓宽的趋势。仅介质柱的位置无序变化时,每个带隙低频端边缘比高频端边缘对无序度变化更敏感;仅介质柱的大小无序变化时,每个带隙间的通带频率越高对无序度变化越敏感。介质柱的大小无序和位置无序度相同时,在高频段后者比前者作用更显著。对于结构部分无序二维光子晶体波导,介质柱的位置和大小无序对光子晶体波导的透射特性都有影响。仅当它的位置无序变化时,高频段缺陷带对无序度最敏感;仅当它的大小无序变化时,处于低频段缺陷带的高频端对无序度更敏感。当它的位置和大小都无序变化时,它的透射特性比仅因位置无序或大小无序影响更显著。对于含点缺陷二维光子晶体,相同材料构成且散射体的直径和晶体晶格常数相同不同二维光子晶体微腔,它们的谐振频率与点缺陷的位置无关,也与晶体的周期个数无关。但微腔内的场强分布不仅与点缺陷的位置有关,也与晶体的周期个数有关。当晶体的周期个数相同时,场强分布随点缺陷的位置变化而变化。点缺陷的位置离光源越近,微腔内的场强越大。当缺陷位置相同时,随着周期个数增加,该微腔内的谐振频率场强也增大。但周期个数增大到11以上时,微腔内的谐振频率场强不再增大。对于位置无序二维光子晶体本征态的局域化与无序激光问题,在非增益无序介质中,在不同的准态腔内存在多个不同的局域态的准态模,且它们的局域化程度不同;对于增益无序介质,在那些Q值大的准态腔内中,只有对增益最敏感且最有效泵浦局域态的准态模才能被相干放大,首先达到阈值形成振荡,并产生随机激光。结果显示增益介质中的局域态的准态模相当于传统激光腔的腔模,无序激光是由局域态的准态模谐振干涉产生的。

全文目录


摘要  3
Abstract  3-7
第1章 绪论  7-16
  1.1 光子晶体概述  7-12
    1.1.1 光子晶体  7-8
    1.1.2 光子晶体的特征  8
    1.1.3 光子晶体的理论研究方法  8-9
    1.1.4 光子晶体的应用  9-10
    1.1.5 光子晶体的制作  10-12
  1.2 光子晶体的发展及国内外研究进展  12-14
  1.3 本论文研究的主要内容  14-16
第2章 时域有限差分方法基本原理  16-27
  2.1 FDTD 的差分格式和Yee 元胞  16-17
  2.2 Maxwell 方程及其 FDTD 形式  17-22
  2.3 FDTD 的稳定性条件  22-23
  2.4 吸收边界条件  23-26
  2.5 入射激励源  26-27
第3章 部分无序二维光子晶体透射特性研究  27-31
  3.1 模型和计算方法  27-28
  3.2 模拟计算结果与讨论  28-30
    3.2.1 理想的二维光子晶体情形  28
    3.2.2 玻璃棒柱的大小不变，而位置无序变化情形  28
    3.2.3 玻璃棒柱的位置不变，而大小无序变化情形  28-29
    3.2.4 玻璃棒柱的位置和大小都无序变化情形  29-30
  3.3 本章小结  30-31
第4章 部分无序二维光子晶体波导传播特性  31-38
  4.1 模型和计算方法  31-32
  4.2 模拟计算结果与讨论  32-37
    4.2.1 理想的二维光子晶体波导情形  32-33
    4.2.2 玻璃棒柱的大小不变，而位置无序变化情形  33-34
    4.2.3 玻璃棒柱的位置不变，而大小无序变化情形  34-35
    4.2.4 玻璃棒柱的位置和大小都无序变化情形  35-37
  4.3 本章小结  37-38
第5章 二维光子晶体微腔的模场特性  38-43
  5.1 模型和计算方法  38-39
  5.2 模拟计算结果与讨论  39-42
    5.2.1 理想的二维光子晶体情形  39
    5.2.2 不同位置的缺失形成二维光子晶体微腔谐振特征频谱  39-40
    5.2.3 二维光子晶体微腔的光场分布特征  40-41
    5.2.4 周期个数不同的理想二维光子晶体微腔谐振频谱特征  41
    5.2.5 周期数不同的二维光子晶体微腔的场分布特征  41-42
  5.3 本章小结  42-43
第6章 无序介质中本征态的局域化与无序激光  43-47
  6.1 随机介质中光波的放大  43-44
  6.2 随机介质的模型及FDTD 计算  44
    6.2.1 随机介质的模型  44
    6.2.2 FDTD 计算  44
  6.3 计算结果和讨论  44-46
    6.3.1 非增益介质光子局域态模拟  44-45
    6.3.2 增益介质中局域态的放大模拟  45-46
  6.4 本章小结  46-47
参考文献  47-50
攻读硕士学位期间发表的学术论文  50-51
致谢  51

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中图分类: > 数理科学和化学 > 晶体学 > 晶体物理 > 晶体的光学性质
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