含特異材料光子晶體的傳輸特性.pdf

1、光子晶體，又稱為光子能隙材料，是一種介電常數或磁導率在空間呈周期性排列的人工材料。光子晶體的最大特性是存在光子帶隙，頻率落在光子帶隙中的電磁波將不能在其中傳播。并且，利用這種帶隙效應，在光子晶體中引入缺陷即能實現對波的操縱與控制。而特異材料，也叫超材料，是指不同于自然界中普通材料而具有奇異電磁特性（如負的介電常數、負的磁導率、負的折射率等）的人造電磁材料。電磁波在特異材料中傳播時，將會出現許多不尋常的現象，例如，逆Doppler效應、逆

2、Cerenkov效應、反常光壓等。由于特異材料獨特的電磁特性，在光子晶體中引入特異材料，將會帶來很多新的規(guī)律和現象。本文對含特異材料的光子晶體的傳輸特性進行了研究。具體內容包括：
　　 ⑴研究了“負磁導率材料一正折射率材料”、“負介電常數材料一正折射率材料”以及“負磁導率材料一負介電常數材料”組成的一維光子晶體結構的全方位帶隙中，波的反射相位與入射角、介質厚度的縮放因子以及周期數之間的關系和變化規(guī)律。這方面的研究，彌補了理論上的

3、不足，有利于全面理解含特異材料組成的一維光子晶體結構的相位特性，也為一維光子晶體相位補償器和色散補償器的制作提供了理論依據。
　　 ⑵研究了一種基于左手材料光子晶體異質結構的全方向缺陷模。從一維缺陷光子晶體的缺陷模的本征方程入手，得到了含左手材料一維缺陷光子晶體TE波的全方向缺陷模。并且，根據麥克斯韋方程中電矢量與磁矢量的對稱性，證明了電介質材料一維缺陷光子晶體有利于獲得TE波的全方向缺陷模，而磁介質材料一維缺陷光子晶體有利于獲

4、得TM波的全方向缺陷模。通過將電介質材料一維缺陷光子晶體與磁介質材料一維缺陷光子晶體組合形成的光子晶體異質結構，得到了與偏振無關的全方向缺陷模。最后通過計算缺陷模的電場分布，進一步驗證了我們的結論。
　　 ⑶研究了一種含左手材料的光子晶體異質結構的窄通道窄角度缺陷模。該結構由兩個一維缺陷光子晶體組成：其中一個完全由常規(guī)材料構成；另一個由含左手材料缺陷光子晶體構成，利用該結構可實現某一角度的窄通帶窄角度缺陷模。設計這種光子晶體異質

5、結構的關鍵點有兩個：一是令某一角度時兩個缺陷光子晶體缺陷模的頻率相同；二是讓兩個缺陷光子晶體缺陷模的角度色散不相同，并且差別越大越好。該結構得到的頻率濾波和方向濾波的效果均要比單純使用常規(guī)材料的要好。
　　 ⑷研究了一種含雙負材料的光子晶體量子阱結構，該結構由雙負材料和常規(guī)材料交替堆疊而成的一維光子晶體分別作為阱和壘，組成兩邊為壘中間為阱的異質結構。合理選擇參數，使得阱光子晶體的通帶落于壘光子晶體的禁帶中而滿足光子晶體量子阱形成