含缺陷层的光子晶体传光特性的仿真及分析

摘要

光子晶体是不同介电常数介质呈周期性分布的一种新型光学材料。光子晶体作为在光学尺度上的人工材料被认为是半导体晶体的替代品，它却有着比半导体更加突出的优势和性能。研究者们借助于成熟的半导体晶体技术来研究分析光子晶体，将光子晶体应用于光学功能器件。光子晶体的理论研究和实验应用已经有了很大的发展。
　　本文介绍了光子晶体的国内外的发展现状，以及光子晶体的研究算法、在各种器件制作和应用。详细推导从单层的传输特征矩阵，导出了周期性多层膜的传输矩阵。通过传输矩阵法计算并运用Matlab模拟了结构为(AB)N的一维光子晶体和插入缺陷层后的透射谱图。在一维光子晶体中能产生298~313nm、490~530nm、1335~1780nm三处明显的光子带隙。
　　本文重点研究了插入缺陷层后在1335~1780nm的光子带隙中缺陷层厚度(层数)、入射角度大小和一维光子晶体循环层数与透射光谱变化的关系。经过分析研究透射谱图表明：带隙中出现缺陷模的数目和插入缺陷层的层数相同；缺陷模的位置变化对入射角变化很敏感；一维光子晶体周期数的增加不会改变缺陷模的位置和数目，只改变透射峰的宽度和透射率。在光子晶体中插入电光晶体铌酸锂后，光子晶体在外电场的作用下，带隙中的透射峰会随着外场电压的升高向短波方向移动，移动的距离也会随之减小。
　　综上所述，本文通过在结构为(AB)N的一维周期性光子晶体中插入功能层后表现出了优良的光学特性。

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第1章 绪论

1.1课题的研究背景及意义

1.2光子晶体的国内外研究现状

1.3未来的发展趋势

1.4 本论文的研究内容

第2章 光的电磁场理论基础

2.1 麦克斯韦电磁理论

2.2 电磁场的边界条件[13]

2.3 物质方程[14]

2.4 电学常数与光学常数的关系

2.5 光在介质中传播的效应

2.6 本章小结

第3章 光子晶体

3.1 光子晶体的概念

3.2 研究光子晶体的基本算法

3.3 本章小结

第4章 光子晶体的的应用

4.1 光子晶体光纤[35]

4.2 自发辐射的控制和发光二极管[37]

4.3 光子晶体波导

4.4 光子晶体激光器

4.5 光子晶体滤波器

4.6 本章小结

第5章 一维光子晶体的光子带隙

5.1 一维光子晶体的带隙

5.2 带隙与光子晶体循环周期数N(光子晶体厚度)的关系

5.3 本章小结

第6章 插入复合缺陷层一维光子晶体的光学特性

6.1 含缺陷层的一维光子晶体的研究

6.2 透射峰与一维光子晶体的厚度的关系

6.3 入射角度与光子带隙位置关系

6.4 本章小结

第7章 插入可调缺陷层一维光子晶体的光学特性

7.1 电光效应

7.2 插入铌酸锂(LiNbO3)的一维光子晶体

7.3 本章小结

第8章 总结与展望

8.1 总结

8.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果

致谢