基于时域有限差分方法的光子晶体电磁特性分析

摘要

继光纤和光纤通信之后，近代微波电磁场理论在周期介质和周期结构方面的研究更加受到人们的关注。近年来，对周期介质和周期结构研究的突出成果有两个方面，即光子晶体和“左手”物质。光子晶体的概念最初在光学领域中被提出，在光电子领域有很大的发展。它最有应用潜力的是可见光和红外波段的三维完全带隙的光子晶体，最初的三维光子晶体由两种介质的方块所构成的空间周期性结构。本论文用时域有限差分方法来研究光子晶体在可见光照射下的散射特性。
　　 论文主要做了以下几个方面的工作：
　　 （1）采用时域有限差分方法对二维光子晶体进行仿真模拟，计算出其时谐场分布，相位分布及场强情况；
　　 （2）采用采用外延平面技术，周期边界处理，用自然光照射光子晶体，对其二维情况的雷达散射截面特性进行仿真模拟，有耗结构与无耗结构数值结果的比较，验证有耗结构的散射特性，为隐身技术提供依据。通过不同波长的光波照射光子晶体，数值结果与实验理论相结合，得出所研究对象的最优化模型；
　　 （3）对三维光子晶体结构模型的FDTD仿真计算进行了初步的探索，在理论上给出了可行性方案，并做了一些初步的数值仿真。
　　 通过对光子晶体的分析研究，利用其特性，优化介质结构，就可以更加精确地设计出新的材料，使其符合实际的需求。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 论文研究的背景

1.2 Morpho rhetenor蝴蝶翅膀结构简介

1.3 时域有限差分方法

1.4 论文的主要研究内容

1.5 论文研究的意义

第二章 二维光子晶体的场分布计算

2.1 概述

2.2 时域有限差分方法

2.2.1 Maxwell方程组

2.2.2 FDTD方法原理

2.3 激励源

2.4 边界条件

2.4.1 周期边界

2.4.2 吸收边界

2.5 近远场外推

2.5.1 傅里叶变换

2.5.2 近远场变换

2.6 有耗介质公式推导

2.7 模型建立

2.8 数值算例

2.8.1 时谐场及相位分布

2.8.2 散射光强计算

2.9 小结

第三章 光子晶体的散射特性分析

3.1 概述

3.2 数值算例及分析

3.3 小结

第四章 三维光子晶体特性的探索

4.1 三维光子晶体模型

4.2 三维光子晶体的时域有限差分

4.3 数值结果及算例

结束语

参考文献

致谢