大带隙的二维像素型光子晶体设计

摘要

光子晶体具有的“光子禁带”和“光子局域”特性，使得它在光电及通信领域具有广阔的应用前景而受到各国学者的高度重视，近年来，在理论和实验上均已取得不少成果。二维光子晶体带隙结构无论是在理论研究方面还是在实际制作方面都相对容易，并且在光通信领域已有较为广泛的应用。一般来说，光子晶体的带隙越宽，其性能越稳定，也就越有应用价值，因此研究具有尽可能大的完全带隙的二维光子晶体仍具有十分重要的意义。 本文利用降低光子晶体的结构对称性来提高绝对禁带宽度，提出了两种新型的由各向同性介质GaAs(相对介电常数ε=11.4，它有成熟的刻蚀工艺)和空气为介质构成的长方网格像素型二维光子晶体，通过参数优化，发现对于简单长方网格光子晶体，存在的绝对禁带宽度较低只有0.0401ωe(ω=e2πc/a，a为晶格常数，C为光速)，绝对禁带中心频率ωmid=0.8084ωe，△ω/ωmid=4.96％。 为了提高绝对禁带宽度，采用在紧贴长方网格的边上加入正方介质柱，通过较大范围的参数搜索优化，发现这种光子晶体结构具有大的带隙，最大绝对禁带宽度△ω=0.119ωe，绝对禁带中心频率ωmid=0.829ωe，绝对禁带宽度与中心频率比值达到△ω/ωmind=14.4％。分析了绝对禁宽度△ω随结构参数b、d、w的变化情况。研究结果表明，在简单长方网格结构的基础上进行构造以寻求大带隙的光子晶体结构的方法是有效的，本文提出的光子晶体结构简单、性能稳定、所用介质材料工艺成熟，有利于实验制作，因此具有一定的实际应用价值。

目录

文摘

英文文摘

论文说明:图表目录

声明

第1章绪 论

1．1光子晶体概念及其特性

1．1．1光子晶体简介

1．1．2光子晶体的特性

1．2光子晶体的发展历程和研究现状

1．2．1光子晶体的发展历程

1．2．2光子晶体的研究现状

1．3光子晶体的应用

1．4本论文的研究内容和章节安排

第2章光子晶体理论研究方法

2．1平面波展开法

2．2传输矩阵法

2．3时域有限差分法

2．4 多重散射(Order-N)法

第3章光子晶体的制备技术和方法

3．1精密加工法

3．2光蚀刻技术

3．3 自组装技术

第4章具有大带隙的二维光子晶体设计

4．1二维光子晶体带隙增宽研究简介

4．2 维光子晶体的带隙计算理论

4．2．1标准平面波展开法

4．3大带隙长方晶格二维光子晶体的设计

4．3．1 二维长方晶格光子晶体快速平面波展开法

4．3．2 Fortran语言数值模拟计算流程

4．3．3长方晶格光子晶体数值模拟计算结果与分析

第5章结论与展望

5．1全文工作总结

5．2下一步研究工作展望

参考文献

致 谢

攻读学位期间参加的科研项目和成果