多孔纳米结构材料的光局域和带隙特性研究

摘要

光子晶体因具有完全光子带隙的特性而使其在实际应用中有很大的价值，前景被广泛看好。人们对于光子晶体在实验和理论研究方面的兴趣都也日渐增长。近些年，人们对具有周期性结构的光子晶体和具有无序度的介质中光学局域化(Anderson局域化)的理论和实践的研究与日剧增。
　　本论文将一定无序扰动下周期性固体微结构引入到多孔纳米材料的研究中，对出现这一微结构的二维材料的光学强弱局域性质和晶体带隙特性进行研究。基于时域有限差分法(FDTD)算法和平面波展开(PWE)法，通过求解Maxwell方程组，，考虑多孔纳米材料的折射率变化、填充比和排列方式等对周围电磁场分布的影响，寻找出能够获得较佳光局域效果的纳米结构或者是比较好的完全光子禁带纳米结构。借此可以更深入地分析了解光的强局域现象和光子禁带在多孔纳米材料的形成机理，促进多孔纳米材料在光电集成、光探测、光传输及通讯等领域的应用。

目录

声明

摘要

第一章 光局域的相关理论

第一节 光子晶体理论

1．1．1 光局域研究现状

1．1．2 光子晶体简介

1．1．3 一些重要的晶体特性和参量

1．1．4 光子带隙

1．1．5 光子晶体缺陷

第二节 光子晶体的应用和制备

1．2．1 光子晶体的相关应用

1．2．2 光子晶体的有关制备方法

第三节 另一种局域理论

1．3．1 Anderson局域的研究现状

1．3．2 Anderson局域的基础理论

第四节 微扰光局域和光子禁带的联系

第五节 本论文的研究内容

第二章 光局域和光子带隙的数值模拟方法

第一节 FDTD方法介绍

2．1．1 时域有限差分原理

2．1．2 稳定条件

2．1．3 吸收边界条件

2．1．4 入射波的引入

第二节 opt i-FDTD介绍

2．2．1 边界条件

2．2．2 平面波展开方法

第三节 其他数值模拟方法

2．3．1 格林方程KKR方法

2．3．2 标量场近似法

2．3．3 散射矩阵法

第四节 两种方法的对比优势

第三章 二维三角光子晶体的能带模拟

第一节 研究基础

3．1．1 二维光子晶体的理论推导

3．1．2 二维光子晶体能带的研究角度

3．1．3 二维光子晶体禁带的研究意义

第二节 数值模拟和理论结果

3．2．1 理想二维三角形光子晶体能带结构

3．2．2 建立模型

3．2．3 空气柱介质媒质的情况

3．2．4 介质柱空气媒质的情况

第四章 多孔纳米材料光局域模拟计算

第一节 三角阵列模拟计算

4．1．1 建立模型

4．1．2 模拟结果

第二节 无序扰动下的光局域模拟

第三节 影响光局域的因素

4．5．1 晶格常数对光局域的影响

4．3．2 介质折射率对光局域的影响

第五章 总结与展望

参考文献

致谢

个人简历