基于光子晶體的應用器件研究.pdf

1、光子晶體的出現(xiàn)及其應用，為人類對光的操控提供了一個全新途徑。光子晶體是一種介電常數(shù)在空間呈周期排列的新型材料，它可使得一定頻段的光波不能在其中傳播，從而形成光子帶隙。利用這種帶隙效應，在光子晶體中引入缺陷即能實現(xiàn)對光子的操縱與控制，就如在半導體材料中對電子的操縱一樣。光子晶體器件具有許多傳統(tǒng)光學器件無法比擬的優(yōu)越性質(zhì)，如尺寸小、性能優(yōu)越并且易于集成，它們將在全光通信技術中發(fā)揮潛在的應用價值。目前，具有不同功能的光子晶體器件已經(jīng)被廣泛研制

2、和應用，它們奠定了光子晶體在新一代光子器件中的重要地位。同時，由于研究的不斷深入和新材料的不斷涌現(xiàn)，一些具有新型功能的光子晶體器件相繼被開發(fā)，極大地拓展了光子晶體的應用領域。 本論文針對目前光子晶體研究的新型方向，采用平面波展開法、時域有限差分法、傳輸矩陣法等理論方法設計了幾種具有不同功能的光子晶體器件。首先，我們提出一種表面凹凸結(jié)構(gòu)，并將它附加在光子晶體單波導、光子晶體耦合波導、光子晶體多模波導和具有修飾區(qū)域的光子晶體波導等不

3、同類型波導的出口端面，分別獲得出射光在水平方向的定向輻射，并比較它們的輻射效率，從輻射機理上分析了入射光分束、結(jié)構(gòu)尺寸大小等因素對定向輻射質(zhì)量的影響。其次，在研究電磁波傳輸狀態(tài)的基礎上，設計一種基于異質(zhì)耦合波導的簡易光子晶體開光，并分析開關的實現(xiàn)機制，發(fā)現(xiàn)此開關功能受異質(zhì)耦合波導位置與分布的影響甚小。最后，將近年研究熱門的單負材料應用于構(gòu)建一維光子晶體，并且在此單負材料光子晶體中對稱引入不同類型的缺陷層，通過調(diào)節(jié)不同缺陷層來控制全方向帶