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折射率可调的光子晶体微腔设计与特性研究

作　者: 刘正君
导　师: 李志全
学　校: 燕山大学
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: 光子晶体平面波展开法能带结构光子晶体微腔电光效应
分类号: O734
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

随着光通信技术和光无源器件的发展,光子晶体的可调谐控制和应用技术已成为光电子领域的研究热点,理论和实验研究已经证明:改变构成光子晶体的介质或结构会使晶体的光学传输特性变化。本论文针对具有不同微腔结构和材料的二维光子晶体光学传输特性开展研究,以实现光子晶体传输特性的可调谐性。论文的主要内容包括:以麦克斯韦电磁场理论为基础,将介质中的光理解为一定频率的电磁波,分析了产生光子带隙的物理机制,推导出光子晶体的本征方程;分析了RSOFT二维光子晶体板的数学计算过程,给出了光子晶体板(PC Slab)的传输特性。分析了四方晶格和三角晶格两种类型的光子晶体微腔的能带特性与传输特性,及柱或孔半径与晶格常数的比值对带隙的影响,并讨论了完整光子晶体以及缺陷光子晶体的光学特性,重点研究了缺陷介质几何尺寸和材料对光子晶体传输特性的影响。研究了光子晶体的可调谐特性,将电光晶体磷酸氧钛钾(KTiOPO4,KTP)引入光子晶体微腔;设计了缺陷介质折射率可调的一维和二维光子晶体微腔结构;分析了光子晶体的传输特性,为光子晶体能带结构的可调谐性奠定基础。采用平面波展开法数值分析了二维光子晶体缺陷腔的能带结构,随着KTP晶体折射率的改变,光子晶体禁带减少,且向频率小的方向移动。比较三角排列和正方排列两种结构的光子晶体,三角晶格的能带变化更明显,调制特性更好。这些数值研究为可调谐二维光子晶体微腔的实验制作和应用提供理论依据。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-20
  1.1 光子晶体概述  10-13
  1.2 光子晶体的特性  13-16
    1.2.1 光子带隙  13-14
    1.2.2 光子晶体缺陷态  14-15
    1.2.3 光子晶体可调谐特性  15-16
  1.3 光子晶体的制备  16-18
  1.4 光子晶体的典型应用  18-19
  1.5 本文的主要研究内容  19-20
第2章二维光子晶体理论分析方法  20-34
  2.1 电磁场理论  20-22
  2.2 二维光子晶体的数值分析方法  22-29
    2.2.1 平面波展开法  22-26
    2.2.2 时域有限差分法  26-29
    2.2.3 传输矩阵法  29
  2.3 二维光子晶体薄板的光学传输特性  29-33
  2.4 本章小结  33-34
第3章二维光子晶体微腔光学特性分析  34-48
  3.1 概述  34-35
  3.2 二维光子晶体微腔的能带  35-39
  3.3 二维光子晶体点缺陷的光学传输特性  39-44
    3.3.1 经典点缺陷对二维光子晶体特性的影响  39-40
    3.3.2 缺陷几何尺寸对二维光子晶体特性的影响  40-42
    3.3.3 缺陷介质材料对二维光子晶体特性的影响  42-44
  3.4 多点缺陷光子晶体谐振腔的研究  44-46
  3.5 本章小结  46-48
第4章可调谐光子晶体微腔的研究  48-65
  4.1 电光晶体KTP 特性  48-55
    4.1.1 KTP 晶体折射率特性  49-50
    4.1.2 增益特性  50-55
  4.2 可调微腔设计  55-61
    4.2.1 一维可调微腔的设计及输出特性  55-60
    4.2.2 二维可调微腔结构设计  60-61
  4.3 二维可调微腔特性研究  61-64
  4.4 本章小结  64-65
结论  65-66
参考文献  66-70
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果  70-71
致谢  71-72
作者简介  72

折射率可调的光子晶体微腔设计与特性研究

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