二维光子晶体禁带影响因素的研究

摘要

光子晶体最根本的特性之一是光子禁带，频率落在禁带中的光，会被禁止传播。在光子晶体中引入某种缺陷，其光子禁带中就有可能出现缺陷态。大多数光子晶体是人造微结构，它的制备方法主要有精密机械加工技术，胶体自组织法，反蛋白石结构法，逐层叠加方法等。目前光子晶体主要应用在微波天线，光子晶体反射镜，光子晶体滤波器，光子晶体波导，光子晶体光纤等。根据空间结构光子晶体可以分为一维、二维和三维光子晶体。光子晶体的研究方法主要有平面波展开方法，时域有限差分法，转移矩阵法等。本文主要应用平面波展开法，研究了二维光子晶体一些主要因素对光子禁带的影响。
　　 首先，研究了光子晶体的空间结构、介质的形状、介电常数、填充比等对二维光子晶体的禁带的影响。结果发现四方形光子晶体的TE波较TM波更容易产生光子禁带，而三角形光子晶体较四方形光子晶体容易产生光子禁带，蜂窝形光子晶体最容易产生光子禁带且产生了完全禁带。介质的形状对禁带的宽度、条数、禁带的中心位置都有一定的影响。在一定条件下，禁带的宽度随着介电常数的增加而增加，禁带的中心位置随着介电常数的增加向低频方向移动。TE波禁宽度带随着填充比的增加先增加后减小，禁带中心位置随着填充比的增加向低频移动。
　　 其次，研究了圆柱形点缺陷对二维光子晶体禁带的影响。发现二维光子晶体的禁带宽度、中心位置、禁带个数都要受到点缺陷的影响，但影响较小。二维光子晶体引入点缺陷后对禁带的主要影响是出现了缺陷模，而且缺陷模的中心随着缺陷介质柱的介电常数的增加而逐渐向低频方向移动，随着缺陷介质柱的半径的增加而逐渐向低频方向移动，随着缺陷介质柱位置坐标的增加而逐渐向高频方向移动。
　　 最后，研究了线缺陷对二维光子晶体禁带的影响。结果表明光子晶体中的缺陷层圆柱半径及缺陷层的厚度对光子晶体禁带有显著影响。TE波的第一禁带宽度随着缺陷层半径的增加先增加后减小，禁带的中心位置随着缺陷层圆柱半径的增加而下降，禁带的数目也随着缺陷层圆柱半径的增加而明显变化。另外，禁带的宽度随着缺陷层厚度与正常层厚度差别的增加而减小。

目录

文摘

英文文摘

第一章 引言

1.1 光子晶体概述

1.1.1 光子晶体的概念

1.1.2 光子晶体的分类

1.1.3 光子晶体的特性

1.2 光子晶体的发展历史与研究意义

1.3 光子晶体的制备

1.3.1 精密机械加工技术

1.3.2 胶体自组织法

1.3.3 反蛋白石结构法

1.3.4 逐层叠加方法

1.3.5 电泳沉积法

1.3.6 飞秒激光干涉法

1.3.7 光束相干法

1.3.8 双光子聚合法

1.3.9 聚焦离子束

1.4 光子晶体的应用

1.4.1 微波天线

1.4.2 光子晶体反射镜

1.4.3 零阈值激光器和光子晶体发光二极管

1.4.4 光子晶体滤波器[37]

1.4.5 光子晶体波导[38]

1.4.6 光子晶体光纤[39]

1.4.7 光子晶体偏振器[40]

第二章 光子晶体的研究方法

2.1 平面波展开法

2.2 转移矩阵法[45-47]

2.3 有限时域差分法[48-52]

第三章 影响光子晶体带隙的主要因素

3.1 结构对二维光子晶体带隙的影响

3.2 介质形状对二维光子晶体带隙的影响

3.3 介质的介电常数对二维光子晶体带隙的影响

3.4 填充比对二维光子晶体带隙的影响

第四章 缺陷对二维光子晶体带隙的影响

4.1 光子晶体缺陷概述

4.2 点缺陷对二维光子晶体带隙的影响

4.2.1 点缺陷对二维四方光子晶体带隙的影响

4.2.2 点缺陷对二维三角光子晶体带隙的影响

4.2.2 点缺陷对二维圆柱形介质蜂窝形光子晶体带隙的影响

4.3 线缺陷对二维光子晶体带隙的影响

第五章 结论

参考文献：

硕士期间发表论文

致谢