硅基光子晶体带隙增强的研究

摘要

硅基光子学的发展使突破微电子技术瓶颈成为可能，而硅基光子晶体在硅基光子学中拥有重要地位，将其独特的带隙特性应用到光学器件中，可以使硅基光子器件的性能与集成度得到显著提高。因此，增强带隙已成为硅基光子晶体研究的重要部分。本文首先对圆柱连接杆形光子晶体结构进行研究，研究结构分为三类：圆柱连接十字杆形光子晶体，圆柱连接斜交叉杆形光子晶体，圆柱连接正交叉杆形光子晶体。分别观察圆柱半径和杆的宽度的改变对其归一化带宽的影响并得出最优结构，并且在固定填充比的条件下观察归一化带宽随结构参数变化的规律。然后以铜币形散射元为基础构建了复式晶胞正方晶格二维光子晶体，探讨了结构参数对其禁带特性的影响，调节结构参数（外圆半径、方孔边长、介质杆宽度和方孔旋转角度）进行优化，得出最优归一化带宽，并与铜币形散射元正方晶格二维光子晶体结构进行了对比。最后研究了圆柱打孔形光子晶体，主要分四类：圆柱打一孔形光子晶体，圆柱打两孔形光子晶体，圆柱打三孔形光子晶体，圆柱打四孔形光子晶体。探讨了对称轴条数对圆柱打孔形光子晶体的影响。总而言之，本文设计了多种新型光子晶体结构并对其优化以使带隙增强，研究结果为硅基光子晶体获得较大的归一化完全禁带宽度提供了有效方法，为高性能的硅基光子晶体微腔、波导和滤波等器件的设计提供了理论参考。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1硅基光子学的研究意义

1.2硅基光子晶体的研究意义

1.3光子晶体带隙增强的研究意义

1.4本文研究目的和主要研究内容

第二章 光子晶体理论基础

2.1麦克斯韦方程组

2.2平面波展开法

2.3时域有限差分法

2.4光子晶体模型的建立与计算

第三章 圆柱连接杆形光子晶体带隙增强效应的研究

3.1圆柱连接十字杆形结构光子晶体

3.2圆柱连接斜交叉杆形结构光子晶体

3.3圆柱连接正交叉杆结构光子晶体

3.4固定填充比条件下结构参数对光子带隙的影响

第四章 铜币形散射元的复式晶胞二维光子晶体的禁带特性研究

4.1铜币形散射元正方晶格二维光子晶体

4.2铜币形复式晶格正方晶格二维光子晶体

第五章 圆柱打孔形光子晶体带隙增强效应的研究

5.1圆柱打一孔形光子晶体

5.2圆柱打两孔形光子晶体

5.3圆柱打三孔形光子晶体

5.4圆柱打四孔形光子晶体

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文