应用声子晶体滤波器改善声子激光器线宽的研究

摘要

新型声子激光器出射的声波频率在THz波段，具有广泛的用途，引起了科学界很大的兴趣。但是这种新型声子激光器仍有不足之处，比如THz超晶格量子阱声子激光器出射的声波线宽过大，不能满足实际的应用需求。本文提出了一种改善声子激光器线宽的方法，将声子晶体应用于声子激光器中，用于对激光器出射声波线宽性能的改善。
　　本文设计了一种新型的声子晶体滤波器，该滤波器由二维正方晶格声子晶体和点、线缺陷组合所构成。为了达到最佳的滤波性能，首先使用基于有限元算法的COMSOL软件对滤波器的材料、晶格形状和介质柱形状进行仿真计算，确定带隙最大时的组元结构，同时结合点缺陷、线缺陷的直接耦合方式，初步设计了声子晶体滤波器的结构；然后进行参数设计和优化，得到介质柱的最佳尺寸；接着分析点缺陷位置和大小对滤波性能的影响，从而得出滤波器的最佳结构参数。
　　在直接耦合声子晶体滤波器的基础上，将所设计的声子晶体滤波器用于声子激光器，改善其出射声波的线宽。仿真结果表明，当声子晶体基质材料采用水银，介质柱材料使用水，晶格形状采用正方形，介质柱形状材料采用圆柱形，晶格常数为1.34434nm，完整晶格介质柱填充率为0.3847，线缺陷处的介质柱填充率为0.0177，点缺陷处的介质柱填充率为0.0228时，声子晶体滤波器可以使声子激光器的线宽从0.95GHz变为0.52GHz，透射率达到92％，改善了声子激光器的性能。

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第一章 绪论

1.1声子的基本概念

1.2声子晶体简介

1.3声子激光器简介

1.4声子晶体在声子激光器中的应用

1.5论文的研究重点和内容安排

第二章 声子晶体原理和分析方法

2.1声子晶体原理

2.2声子能带计算方法

2.3有限元法

2.4 COMSOL仿真步骤

2.5本章小结

第三章 声子晶体滤波器的结构设计

3.1声子晶体材料的选择

3.2声子晶体晶格形状的选择

3.3声子晶体介质柱形状的选择

3.4声子晶体中缺陷的设计

3.5本章小结

第四章 结构参数对声子晶体滤波器的影响

4.1仿真步骤

4.2不同填充率对禁带宽度的影响

4.3线缺陷和点缺陷的组合

4.4滤波器晶格常数的优化

4.5点缺陷对透射率的影响

4.6本章小结

第五章 应用声子晶体滤波器后的声子激光器线宽

5.1改进后的声子激光器结构模型

5.2仿真结果

5.3新型声子激光器的应用

5.4本章小结

第六章 总结和展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文

附录2 攻读硕士学位期间参加的科研项目

致谢