二維光子晶體微諧振腔及其Sagnac效應的研究.pdf

1、光子晶體是一種介電常數(shù)在空間呈周期變化的人工晶體，它能有效地控制光的傳輸。作為二十世紀八十年代才提出的一種新的研究領域，光子晶體特別是缺陷態(tài)光子晶體的理論研究和應用引起了全世界研究者的興趣。本文采用平面波展開法(PWEM)和時域有限差分法(FDTD)首先分析了二維光子晶體完全光子帶隙的特性和各種結構參數(shù)的影響，并利用超晶胞平面波法研究了點缺陷的半徑、折射率及缺陷周圍介質柱的位置對光子晶體微諧振腔模式的諧振頻率、模場簡并性、模場分布和品質

2、因子的影響。在此基礎上，利用在旋轉媒質中建立的Maxwell方程組和電磁場本構關系研究了二維光子晶體微諧振腔的旋轉效應，并表征了基于二維光子晶體微諧振腔以及二維光子晶體耦合腔環(huán)形波導的Sagnac效應。 首先，本論文簡述了光子晶體的概念、制備原理和發(fā)展現(xiàn)狀，闡述了二維光子晶體的數(shù)值計算方法，并比較了它們的適用范圍和優(yōu)缺點。對平板二維光子晶體和含缺陷二維光子晶體的色散關系以及結構可調特性進行了詳細的建模和數(shù)值分析。 其次，

3、利用超晶胞平面波展開法(Super-eell PWEM)計算了二維正方格子和三角格子介質圓柱光子晶體的缺陷模，系統(tǒng)模擬了在改變缺陷大小、數(shù)目和缺陷之間的距離情況下不同模式的諧振頻率、簡并特性和模場分布。計算結果表明，單個缺陷介質柱半徑接近理想的光子晶體的介質柱半徑時，由于周期結構所受的擾動太小，無法在光子晶體內產生局域模。逐漸增大缺陷的半徑，缺陷模的本征頻率將隨半徑改變，并在帶隙內出現(xiàn)單極模，雙簡并偶極模，四極模，二階單極模，雙簡并六極

4、模等模式。對于多缺陷光子晶體，當缺陷之間的距離增加時，相鄰缺陷模之間耦合的變弱，從而影響波導模式的簡并性。 最后，本文從旋轉坐標系中的Maxwell方程和電磁場本構關系出發(fā)，闡述了當光子晶體微腔沿腔中心旋轉時，在靜止坐標系中存在M重簡并的缺陷模將分裂成M個不同的頻率，形成M個不同的模式。利用微擾理論，建立了微腔處于旋轉狀態(tài)和靜止狀態(tài)時腔內模式的關系。在此基礎上，我們選取合適的諧振頻率和簡并模式，分析了光子晶體微腔和耦合腔環(huán)形波導