光子晶體計算方法和設(shè)計的研究.pdf

1、該論文首先發(fā)展了一種基于等離子模型的有限差分計算方法,并應(yīng)用于二維金屬光子晶體,有效地計算了該類光子晶體的能帶結(jié)構(gòu).進一步改進該方法應(yīng)用于金屬光子晶體點缺陷和線缺陷的特性分析,從而獲得了該類特殊光子晶體多方面的獨特性質(zhì).平面波算法是光子晶體的常規(guī)算法,它是已有光子晶體算法中提出最早、應(yīng)用最廣的算法,但平面波算法具有慢收斂的缺點.平面波算法的慢收斂緣于光子晶體介電函數(shù)的不連續(xù).為了有效地解決這個問題,該論文引入等效介質(zhì)理論.首先提出了基于

2、等效介質(zhì)理論的平面波方法,顯著地改善了平面波算法的收斂性質(zhì);同時提出一種新的計算光子晶體能帶的有限本征差分算法,與已有的平面波展開法相比,新方法保留了本征值算法的獨特優(yōu)點,同時又克服了平面波展開法的慢收斂性.光子晶體的主要特性是光子禁帶,然而只有特殊的周期結(jié)構(gòu)才有光子禁帶,因此光子晶體結(jié)構(gòu)設(shè)計是光子晶體理論研究的一個重要內(nèi)容.該論文提出了一種設(shè)計二維正方晶格光子晶體的有效方法,并有效結(jié)合Inverse法則和Laurent法則,建立了相應(yīng)

3、的快速平面波算法.最后以GaAs和Te材料為基礎(chǔ),通過像素分析法,從理論上提出了多種在低頻、高頻區(qū)域有大絕對禁帶的二維光子晶體,并且其禁帶寬度顯著優(yōu)于所有已有文獻報道的光子晶體結(jié)構(gòu).負折射效應(yīng)是光子晶體研究領(lǐng)域的最新研究熱點.不少負折射介質(zhì)可以認為是另一類周期性結(jié)構(gòu).該論文首次提出了負折射介質(zhì)在方向耦合器中的應(yīng)用可能.理論分析表明,由于負折射介質(zhì)能放大倏失波,它可以有效地增強二波導(dǎo)間的耦合作用.負折射介質(zhì)的應(yīng)用將特別有利于器件集成度的提