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二维光子晶体的应用研究

作　者: 吴海华
导　师: 庄飞
学　校: 杭州师范大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: 二维光子晶体平面波展开法时域有限差分法电磁感应透明缺陷模应用
分类号: O734
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

光子晶体具有“光子禁带”和“光子局域”特性,其独特的性能和潜在的巨大应用,使人们对光子晶体的理论分析和实验研究产生了极大的兴趣。目前,二维光子晶体无论是在理论研究方面还是在实际制作方面都相对容易,它在光通信领域具有广阔的应用前景而受到各国学者的高度重视。因此,开展对二维光子晶体的应用研究具有十分重要的意义。本文主要运用平面波展开法和时域有限差分法对二维光子晶体进行模拟计算,主要研究内容为：1.介绍了光子晶体的概念和特性,综述了其理论研究、实验研究、应用研究的现状和发展历史。对平面波展开法和时域有限差分法的基本原理及其在研究二维光子晶体的具体应用进行了阐述。2.将平面波展开法用于二维光子晶体的数值模拟和分析设计,用Matlab软件完成了计算程序。将计算结果和他人的结果进行了比较,验证了程序及离散Fourier变换处理的正确性和可行性。提出基于电磁感应透明气体(EIT)的二维圆柱六边形晶格光子晶体,计算结果表明,通过调节控制光的拉比频率,可实现能带从完全光子带隙到零带隙的转变。3.采用FDTD(时域有限差分法)方法,通过微调中心点缺陷半径Rd以及中心附近对称位置的点缺陷半径Rn,计算了二维正方晶格各向异性碲圆柱光子晶体的点缺陷模。计算结果表明,H极化缺陷模共振频率对于缺陷半径的变化不太敏感,得到了完全禁带中缺陷模频率与点缺陷半径和多点缺陷半径之间的有规律的变化关系。4.设计了二维光子晶体滤波器,通过模拟计算和他人的结果进行比较,验证了设计的可行性。在此基础上,理论上设计了光控可调二维光子晶体滤波器。同时就点缺陷半径大小与耦合波长之间的关系及点缺陷位置与滤波效率进行了模拟计算。结果表明,随着缺陷介质柱半径的增大,耦合波长也相应增加；同时也发现,点缺陷离波导越远,下载(耦合)效率越差。综上所述,本文不但较系统地研究了二维光子晶体的主要应用,论文结果还可为光开关、微谐振腔、光子晶体滤波器等二维光晶体的设计提供有益的参考。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
第1章绪论  8-16
  1.1 光子晶体概念及其特性  8-11
    1.1.1 光子晶体简介  8-10
    1.1.2 光子晶体的特性  10-11
  1.2 光子晶体的发展历程和研究现状  11-13
    1.2.1 光子晶体的发展历程  11-12
    1.2.2 光子晶体的研究现状  12-13
  1.3 光子晶体的应用  13-15
  1.4 本论文的研究内容和章节安排  15-16
第2章光子晶体理论研究方法  16-23
  2.1 平面波展开法  16-19
  2.2 时域有限差分法  19-21
  2.3 传输矩阵法  21-22
  2.4 多重散射(Order-N)法  22-23
第3章二维光子晶体的制备技术和方法  23-28
  3.1 精密加工法  23
  3.2 光蚀刻技术  23-24
  3.3 微影技术  24-27
    3.3.1 电子束微影(Electron Beam Lithography)  24-25
    3.3.2 原子力显微术微影(AFM Lithography)  25
    3.3.3 雷射直写微影(Direct Laser Writing Lithography)  25-27
  3.4 其他方法  27-28
    3.4.1 飞秒激光干涉法  27
    3.4.2 聚焦离子束  27-28
第4章二维圆柱六边形晶格可控带隙光子晶体的设计与应用  28-38
  4.1 引言  28
  4.2 电磁感应透明(EIT)周期性材料  28-30
  4.3 光子晶体能带理论  30-31
  4.4 二维可控带隙光子晶体的设计与计算  31-35
    4.4.1 研究方法  32
    4.4.2 EIT光子晶体可控带隙结构  32-34
    4.4.3 结果与讨论  34-35
  4.5 光开关原理及进展介绍  35-36
    4.5.1 光开关原理介绍  35-36
    4.5.2 普通光开关的原理有以下几类  36
  4.6 频控光开关优点分析  36-37
  4.7 本章小结  37-38
第5章二维正方晶格各向异性光子晶体完全禁带中缺陷模的计算和分析  38-44
  5.1 引言  38
  5.2 计算缺陷模的FDTD方法  38-40
  5.3 PML吸收边界条件  40-41
  5.4 FDTD中的激励源  41
  5.5 计算结果与讨论  41-43
  5.6 本章小结  43-44
第6章二维光子晶体滤波器的设计与滤波特性研究  44-50
  6.1 引言  44
  6.2 基于EIT的二维可控光子晶体滤波器的设计  44-49
    6.2.1 二维光子晶体滤波器的基本原理  44-46
    6.2.2 二维光控可调光子晶体滤波器的理论设计  46-47
    6.2.3 点缺陷半径与耦合波波长的关系  47-48
    6.2.4 点缺陷位置与耦合效率的关系  48-49
  6.3 本章小结  49-50
第7章总结与展望  50-52
  7.1 全文总结  50
  7.2 论文的创新点  50-51
  7.3 展望  51-52
参考文献  52-57
附录  57-58
致谢  58

二维光子晶体的应用研究

内容摘要

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