一维磁流体光子晶体局域模的可调特性研究

摘要

磁流体的折射率大小不仅与磁流体的浓度、磁流体介质层的厚度有关，还与外界环境有关，即磁流体折射率具有可调特性。将磁流体引入一维光子晶体中，通过改变外加磁场的大小、方向和外界温度高低以及磁流体介质层厚度，从而调控磁流体光子晶体的局域模。通过传输矩阵法，本文研究了一维磁流体光子晶体局域模可调控特性。
　　首先，研究了含一缺陷层一维磁流体光子晶体局域模磁场调控特性，基于含一缺陷层一维磁流体光子晶体建立了结构模型，利用传输矩阵法数值模拟了一维光子晶体的透射谱及其局域模品质因子随结构层数、介质层厚度的变化图，通过对图的分析得到：基于磁流体折射率的磁场调控特性，外加磁场变大，一维磁流体光子晶体局域模波长向短波方向移动，而且最大调控量和周期数之间是无关的，在折射率不变情况下，介质层厚度变大，局域模波长向长波方向移动；光子晶体结构周期数变大、介质层变厚，局域模品质因子也随之变大。在光子晶体结构周期数不变的情况下，由于介质层变厚，使得局域模波长的调控量随之变大。
　　其次，研究了含一缺陷层一维磁流体光子晶体局域模温度调控特性，利用磁流体折射率温度可调特性，构建了含一缺陷层一维磁流体光子晶体，通过传输矩阵法数值计算了一维磁流体光子晶体随温度变化的透射谱。结果表明：温度升高，缺陷模波长发生蓝移，最大调控量为16nm；在35℃-80℃的这个温度区间中，温度变化和缺陷模波长的变化是线性相关的，其灵敏度为0.35nm/℃；当温度升高时，缺陷模品质因子有逐渐上升的趋势，在逐渐上升的趋势中又有稍许的震荡。
　　最后，研究了一维磁流体掺杂光子晶体缺陷模的磁控可调特性，磁流体的有效介电常数liq?与磁性粒子体积分数P和外加磁场因子有关。首先计算了水基MnFe2O4磁流体的有效折射率随纳米磁性粒子体积分数P和外加磁场强度因子??的变化关系，发现通过调节外加磁场因子的大小可实现不同纳米磁性粒子体积分数P的磁流体具有相同的有效折射率。然后，应用传输矩阵法，数值计算了水基MnFe2O4磁流体中磁性粒子体积分数P=0.745时一维磁流体掺杂光子晶体透射谱。结果表明：缺陷模随着磁流体有效折射率的增大出现红移现象，即缺陷模中心波长随着有效折射率的增大向长波方向移动，最大改变量为36.6nm。最后讨论了缺陷模品质因子，发现其半峰值带宽不变，缺陷模品质因子与缺陷模波长随磁流体有效折射率的改变具有相同的线性变化特性，即有效折射率增加，品质因子也增加。

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第1章 绪论

1.1 光子晶体

1.2 磁流体

1.3 磁流体光子晶体

1.4 本论文研究的主要内容

第2章 传输矩阵理论

2.1 电磁场的边值条件

2.2 物质方程

2.3 2×2单层传输矩阵的推导

第3章 含一缺陷层一维磁流体光子晶体局域模磁场调控特性研究

3.1 物理模型

3.2 数值计算

3.3 结论与讨论

第4章 含一缺陷层一维磁流体光子晶体局域模温度调控特性研究

4.1 物理模型

4.2 数值计算

4.3 结论与讨论

第5章 一维磁流体掺杂光子晶体缺陷模的磁控可调特性

5.1 磁流体有效折射率

5.2 物理模型

5.3 数值计算

5.4 结论与讨论

第6章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 一维磁流体光子晶体的展望

参考文献

攻读学位期间的研究成果

致谢