光波在非对称多层膜光子晶体中的零反射传输特性

摘要

光学塔姆态(Optical Tamm states，简称OTSs)的概念是由法国和俄罗斯的科研工作者于2005年首次提出的。类似于固体物理中的电子塔姆态，OTSs是一种界面局域模式。与传统表面态相比，OTSs不仅可以在光锥以内直接激发，包括光波垂直入射的情况，而且可以在TE和TM两种偏振光入射的条件下激发。基于OTSs的微结构可以用来制备光波传感器、光学谐振滤波器、偏振激光、光学开关和单向传输器件等。近些年，人们对利用塔姆态和腔共振吸收模式的光吸收器也展开了广泛的研究。特别是，当同时考虑光波在微结构的不同方向入射时，如果微结构中含有损耗材料，微结构的不对称性会使得光波的单向传输成为可能。到现在为止，已有光波单向传递的光学器件的报道。其中，能够单方向完全吸收光的器件具有潜在的重要应用。另外，如果微结构中不含有损耗材料，光波在非对称微结构中的完全透射特性也有重要的科学意义。本论文采用传输矩阵方法，主要研究了光波在由多种透明介质和金属材料组成的非对称多层膜体系中的传输特性，并进行相关的实验研究，这些研究成果对将来器件的研发和应用奠定良好的基础。
　　论文的第二章，我们主要在实验上研究了基于OTSs和共振吸收机制实现的多重窄带单向完全吸收。前几年有人在理论上研究了一种在两种不同厚度的厚金属膜中间插入一个有限介质光子晶体后形成的非对称三明治结构，发现可以实现光波的多重窄带近完全吸收。我们在此基础上，利用电子束蒸发、磁控溅射和离子束辅助沉积技术，通过改变光子晶体中基本单元的周期数，同时选择前后金属膜的合适厚度，在实验上证明了这种非对称结构中存在光波的单向单通带或者多重窄带近完全吸收。理论模拟和实验测量结果符合很好。并通过吸收波长的光波在结构中的场强分布，在理论上分析了该结构实现完全吸收的物理机制。这类光波的单向完全吸收器可以用来制作多通道光滤波器和反射型光二极管等。
　　在第三章中，我们主要研究了光波在一维非对称多层膜体系中的完全透射特性。本论文对由两种不同光子晶体组成的一维非对称多层膜系统的光学特性进行了研究。我们首先在理论上验证了非对称结构的透射率可以达到1。并通过对一种非对称结构进行理论分析和数值模拟，发现通过调节光子晶体的结构参数，特定频率光波的透过率可以为1，通过场强分布图分析了该结构实现完全透射的物理机制。并利用电子束蒸发镀膜工艺进行了实验样品制备，光学实验测量结果与理论模拟十分吻合，证明了该结构在特定波长下具有良好的透射特性。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 光子晶体和表面波简介

1．2．1 光子晶体简介

1．2．2 传统表面波-表面等离子波

1．2．3 新型表面波-光学塔姆(Tamm)态

1．3 计算方法介绍

1．4 实验仪器介绍

1．5 本文的工作

参考文献

第二章 非对称三明治复合结构的单向完全吸收的实验研究

2．1 引言

2．2 实验内容

2．2．1 非对称三明治复合结构的窄带单向完全吸收特性

2．2．2 偏振和入射角度对吸收结构吸收特性的影响

2．2．3 金属层厚度对吸收结构吸收特性的影响

2．3 本章小结

参考文献

第三章 光波在一维非对称多层膜体系中的完全透射特性研究

3．1 引言

3．2 实现完全透射的多层膜结构的实验研究

3．2．1 镜面对称光子晶体的完全透射

3．2．2 满足一定相位条件的非对称结构的完全透射研究

3．2．3 光波在非对称多层膜结构中完全透射特性的模拟和实验研究

3．3 本章小结

参考文献

第四章 总结与展望

4．1 总结

4．2 展望

致谢

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