太极介质柱二维正方光子晶体完全禁带特性研究

摘要

光子晶体是一种新型的人造周期性结构材料，其重要的特性就是存在光子禁带，能够阻止频率落在禁带范围光在光子晶体中的传输。由于其独特的性质和众多潜在的应用，有关光子晶体的研究成为近些年一个迅猛发展的新领域。随着光子晶体的研究工作的不断深入，其对光子学和光通信产业的发展必将起到极大的推动作用。本文主要从理论上构建了一种新型的太极介质柱二维正方光子晶体模型并重点从散射子对称性的角度研究了光子晶体的完全禁带特性。主要内容如下：
　　首先构建了一种散射子对称性非常低的太极介质柱二维正方光子晶体模型，采用平面波展开法分析了其禁带特性，并在填充比相同的情况下与其它三种具有不同散射子对称性（圆形、纽扣形、半圆形）的二维正方光子晶体的禁带特性进行对比，结果表明：随着散射子对称性的降低，光子晶体的完全禁带在宽度和数量上都有一定的增加。然后我们从能级简并的角度解释了散射子对称性的打破对完全禁带宽度和数量的影响机制：散射子对称性的打破可以将在光子晶体第一布里渊区高对称点出现的能级简并进行解开，在能级简并处产生新的能带，同时可以使光子晶体的能带在一定程度上变得平坦，从而导致完全禁带数量的增加以及宽度的展宽。
　　其次分析了介电常数对比度以及纽扣形散射子的三个结构参数：大圆半径R、小圆r以及旋转角度q对完全禁带特性的影响，计算结果表明介电常数对比度以及纽扣散射子的三个结构参数都可以对纽扣形介质柱二维正方光子晶体的完全禁带特性产生不同程度的影响。经过优化计算，我们可以获得宽度为0.0638(wa/2pc)的最大完全禁带以及最多5条完全禁带。
　　最后分析了介电常数对比度以及太极散射子的三个结构参数：大圆半径R、小圆半径r和旋转角度q对完全禁带特性的影响，计算结果表明介电常数对比度以及纽扣散射子的三个结构参数都可以对太极介质柱二维正方光子晶体的完全禁带特性产生很大的影响。经过优化计算，我们得到宽度为0.0485(wa/2pc)的最大完全禁带以及最多9条完全禁带。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪论

1.1引言

1.2光子晶体基本概念

1.3光子晶体特性

1.4光子晶体的制备方法

1.5光子晶体的应用

1.6本课题的研究背景及主要内容

第2章 光子晶体理论基础

2.1固体能带理论基础[47]

2.2 平面波展开法

第3章 散射子对称性对二维正方光子晶体完全禁带的影响

3.1引言

3.2模型的构建与禁带特性分析

第4章 纽扣形介质柱二维正方光子晶体禁带特性研究

4.1介电常数对比度对完全禁带的影响

4.2结构参数对完全禁带宽度的影响及优化

4.3结构参数对完全禁带数量的影响及优化

4.4本章小结

第5章 太极介质柱二维正方光子晶体禁带特性研究

5.1介电常数对比度对完全禁带的影响

5.2结构参数对完全禁带宽度的影响及优化

5.3结构参数对完全禁带数量的影响及优化

5.4本章小结

第6章 全文总结及工作展望

6.1全文总结

6.2工作展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢

声明