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含负折射率介质一维光子晶体相干热辐射的研究

作　者: 杜军
导　师: 姜永远
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 光学
关键词: 相干热辐射 光子晶体 负折射率介质 传输矩阵
分类号: O734
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


增强热辐射以及控制热辐射的波长和传播方向(即提高热辐射的相干性)在很多应用领域都有着极其重要的意义,例如在光电子和能量转化方面。到目前为止已有很多的人工微结构可以实现相干热辐射,其中包括光栅结构、含极化材料或金属的多层膜结构、光子晶体结构、超材料等。这些结构都可以在某一特定方向很小的辐射角内辐射频率范围很窄的光波。本文所研究的内容是利用含负折射率介质的一维光子晶体这种人工结构的某些特点产生相干热辐射。首先,从麦克斯韦方程出发给出了负折射率介质的一些基本特性。并利用传输矩阵方法导出了含负折射率介质的一维光子晶体结构的光强反射率表达式、光强透射率表达式、光强分布表达式以及色散关系表达式。这些工作为后续内容的理论基础。然后,设计了三种产生相干热辐射的结构并进行数值模拟,这三种结构产生热辐射的方式分别为:光子晶体缺陷模产生相干热辐射,光量子阱共振模产生相干热辐射,有限周期光子晶体隧穿模产生相干热辐射。其中前两种结构都利用了含负折射率介质的一维光子晶体zero ? n禁带,由它们所产生的相干热辐射具有受入射角、偏振以光子晶体尺度影响很小的特点。本文还给出了并列双光量子阱方法,该方法可以用于增宽相干热辐射的波长范围。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章 绪论  8-17
  1.1 相干热辐射的概述  8
  1.2 负折射率介质的概述  8-10
  1.3 光子晶体概述  10-11
  1.4 相干热辐射研究进展  11-15
  1.5 含负折射率介质光子晶体的研究进展  15
  1.6 论文研究的目的和意义  15-16
  1.7 本论文研究的主要内容  16-17
第2章 含负折射介质的一维光子晶体理论基础  17-32
  2.1 引言  17
  2.2 负折射率介质的基本特性  17-20
    2.2.1 双负介质相速度方向与能流方向相反  17-18
    2.2.2 负折射率  18-20
  2.3 传输矩阵方法  20-26
    2.3.1 导纳矩阵与传递矩阵  21-24
    2.3.2 含负折射率介质一维光子晶体的光强透射率和反射率  24-25
    2.3.3 含负折射率介质一维光子晶体的光强分布  25-26
  2.4 含负折射率介质一维光子晶体的色散关系  26-31
    2.4.1 布洛赫定理  26-28
    2.4.2 含负折射率介质一维光子晶体的本征方程  28-30
    2.4.3 含负折射率介质一维光子晶体的色散关系  30-31
  2.5 本章小结  31-32
第3章 利用含负折射率介质一维光子晶体zero-(?) 禁带产生相干热辐射  32-56
  3.1 引言  32
  3.2 含负折射率介质一维光子晶体zero -(?) 禁带  32-35
    3.2.12 ero -(?) 禁带的概念  32-33
    3.2.22 ero -(?) 禁带的特点  33-35
  3.3 zero -(?) 禁带缺陷模产生相干热辐射  35-43
    3.3.1 zero -(?) 禁带缺陷模  35-39
    3.3.2 zero -(?) 禁带缺陷模相干热辐射及其特点  39-43
  3.4 zero -(?) 禁带光量子阱共振模式产生相干热辐射  43-55
    3.4.1 构造 zero (?) 禁带光量子阱的方法及其共振模式  44-47
    3.4.2 zero (?) 禁带光子量子阱的共振模相干热辐射及其特点  47-50
    3.4.3 并列双量子阱方法  50-55
  3.5 本章小结  55-56
第4章 含负折射率介质一维光子晶体隧穿模产生相干热辐射的研究  56-64
  4.1 含负折射率介质一维光子晶体隧穿模  56-60
    4.1.1 隧穿模的色散关系  56-57
    4.1.2 有限周期光子晶体隧穿模  57-58
    4.1.3 隧穿模场分布  58-60
  4.2 隧穿模产生相干热辐射  60-62
    4.2.1 隧穿模相干热辐射的原理  60-61
    4.2.2 隧穿模相干热辐射的特点  61-62
  4.3 本章小结  62-64
结论  64-65
参考文献  65-68
攻读学位期间发表的学术论文  68-70
致谢  70

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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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