二維光子晶體在激光雷達(dá)系統(tǒng)中的應(yīng)用研究.pdf

1、光子晶體是近年來(lái)出現(xiàn)的一種新型光學(xué)材料，由折射率不同的介質(zhì)在空間周期性交化而構(gòu)成。它具有獨(dú)特的光子帶隙特性，即頻率落在光子帶隙中的電磁波無(wú)法在其中傳播，提供了一種全新的控制光的機(jī)理，有著廣闊的應(yīng)用前景。目前，光子晶體的研究已經(jīng)成為一個(gè)發(fā)展迅速的科學(xué)領(lǐng)域。
　　 隨著激光雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)設(shè)備有著越來(lái)越迫切的小型化要求。由于光子晶體可在波長(zhǎng)量級(jí)控制光路，對(duì)光學(xué)器件的集成化有著重要作用。本文將光子晶體器件應(yīng)用到激光雷達(dá)系統(tǒng)中，有效地

2、滿足其小型化的要求。
　　 論文的主要內(nèi)容包括：
　　 1.從固體物理學(xué)中晶體的概念入手，引出光子晶體的基本理論。包括第一布里淵區(qū)和布洛赫理論，并基于電磁波的基本理論麥克斯韋方程組，對(duì)分析光子晶體的主方程進(jìn)行了推導(dǎo)。介紹了光子晶體常用的分析方法——傳輸矩陣法、平面波展開法和時(shí)域有限差分法。
　　 2.用平面波展開法計(jì)算二維光子晶體的能帶結(jié)構(gòu)，分析了晶體結(jié)構(gòu)、介質(zhì)柱填充比和介電常數(shù)比對(duì)光子帶隙的影響。在二維光子晶體

3、中引入點(diǎn)缺陷、線缺陷，對(duì)缺陷特性做出討論。同時(shí)引入這些缺陷的組合，利用耦合模理論分析光子晶體點(diǎn)缺陷和線缺陷間的相互耦合，設(shè)計(jì)出可應(yīng)用于激光雷達(dá)系統(tǒng)(工作波長(zhǎng)為1550nm)的二維光子晶體濾波器，實(shí)現(xiàn)極窄線寬(1.51nm)的帶通濾波功能。
　　 3.由于光子晶體器件為亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，從光子晶體波導(dǎo)中出射的光束會(huì)因?yàn)檠苌錁O限而發(fā)散到各個(gè)方向，為了實(shí)現(xiàn)光子晶體器件的廣泛應(yīng)用，需要解決光子晶體功能器件和傳統(tǒng)光學(xué)器件之間的耦合問題。基于表面