含色散特異材料結構的光傳播特性研究.pdf

1、特異材料是指一切自然界中不存在的人工設計的具有某些奇特性質(zhì)的材料，主要包括介電常數(shù)與磁導率皆為負值的負折射率材料以及兩者之一為負值的單負材料。由于其展現(xiàn)出的新奇電磁特性，特異材料在2003年被美國“Science”雜志評為十大科學進展之一。表面等離子體是指在金屬與介質(zhì)界面處傳播的一種電磁模式，由于具有增強透射、克服傳統(tǒng)光學中的衍射極限等諸多優(yōu)點，表面等離子可以作為新的信息和能量的傳播載體，是目前光學及材料學領域的研究熱點問題。表面等離子

2、體賴于傳播的金屬納米結構也是一種新的特異材料，這些金屬納米結構對于制作微型化光學器件和集成光子回路具有重要的應用價值。
　　 本論文通過理論分析和數(shù)值計算，詳細研究了由特異材料組成的一維多層結構和金屬納米結構中的光學及光傳播特性，具體研究成果如下：
　　 (1)從理論上證明了由兩類色散特異材料組成的一維光子晶體具有完全帶隙，這種完全帶隙來源于單負材料中倏逝波的隧穿相互作用，它與由前行波和后行波的相互作用形成的Bragg帶

3、隙具有完全不同的性質(zhì)。并且在此工作的基礎上，從理論上證明了由兩類特異材料和一類普通材料組成的一維光子晶體同時具有倏逝波隧穿完全帶隙和Bragg完全帶隙。
　　 (2)系統(tǒng)地研究了含有cap層的由兩類色散特異材料組成的半無限一維光子晶體的表面模，詳細討論了各種結構參數(shù)和物理參數(shù)對表面模的影響。在這種光子晶體結構中發(fā)現(xiàn)兩種新的表面模，一種表面模的電場在光子晶體的第一個周期內(nèi)形成由于材料色散造成的共振；當cap層和光子晶體的元胞具有相

4、同的厚度時，另一種表面模的電場可以在cap層內(nèi)形成共振。
　　 (3)研究了電磁波在兩類單負材料組成的一維光子晶體耦合微腔結構中的傳播特性，從理論上證明了僅用一種類型的微腔便可得到兩個微帶，對微腔的厚度進行適當?shù)恼{(diào)制后，兩個微帶會轉變?yōu)閮蓚€Wannier-Stark梯。通過數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)在完全由單負材料中組成的一維多層結構中，由于倏逝波的隧穿作用形成的傳播模式可以產(chǎn)生Bloch振蕩和Zener隧穿。
　　 (4)提出了一種