光子晶體中全方位反射器及超棱鏡效應(yīng)的研究.pdf

1、光子晶體是一種空間上不同介質(zhì)周期性分布的人工結(jié)構(gòu).作為一種電磁波晶體,具有類(lèi)似固體晶體的性質(zhì),具有一定的能帶結(jié)構(gòu).在一定頻率還存在禁帶.它的提出使人類(lèi)能夠更加自如、有效地控制光波的行為.基于光子晶體的各種結(jié)構(gòu)使得集成光路成為可能.近年來(lái),在光子晶體理論研究上的進(jìn)展非?？?設(shè)計(jì)出了各種新穎的器件.雖然在實(shí)驗(yàn)上稍微落后,但是也取得了很大的進(jìn)展.在近紅外的光子晶體得以實(shí)現(xiàn).光子晶體的研究對(duì)光學(xué)領(lǐng)域具有深遠(yuǎn)的影響.由于光子晶體領(lǐng)域的工作很多,該

2、文選擇對(duì)其中的一些性質(zhì)進(jìn)行了深入研究.該文在分析全方位反射器基本原理的基礎(chǔ)上,對(duì)影響一維光子晶體全方位反射帶的各種因素進(jìn)行了深入的分析,為設(shè)計(jì)全方位反射帶提供了設(shè)計(jì)思路.通過(guò)對(duì)一維光子晶體能帶的全面分析,提出了一種新的展寬全方位反射帶的方法.它不同于前人提出的方法.不僅極大地提高了一維光子晶體的全方位反射帶,使得制作覆蓋整個(gè)可見(jiàn)光波段的全方位反射器成為可能.同時(shí)這種方法極大地降低了工藝條件,易于實(shí)際制作.它還極大地降低了對(duì)材料的要求.根

3、據(jù)這個(gè)方法,我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)由四個(gè)基本一維光予晶體合成的一維結(jié)構(gòu),得到了較大的全方位反射帶.在此基礎(chǔ)上,利用傳統(tǒng)的薄膜制作工藝,在實(shí)驗(yàn)上對(duì)這種方法進(jìn)行了論證.證明這種方法是有效的,可望用于實(shí)際的設(shè)計(jì)制作和應(yīng)用.光在光子晶體中的傳播與在一般介質(zhì)中的傳播完全不同,非常復(fù)雜.研究光在其中的行為有助于提高人們對(duì)光子晶體的認(rèn)識(shí).光子晶體中的負(fù)折射、超棱鏡效應(yīng)在近場(chǎng)成像、波分復(fù)用系統(tǒng)中具有潛在的用途.平面波展開(kāi)方法在計(jì)算光子晶體能帶方面應(yīng)用廣泛,但是

4、用于分析光在光子晶體中的行為卻不方便.該文在深入分析平面波展開(kāi)方法的基礎(chǔ)上,對(duì)這種方法進(jìn)行了修正,使得它適合于分析光子晶體中光的傳播性質(zhì).基于這種修正,可以容易地得到光子晶體中的波向量圖.根據(jù)波向量圖可以定性分析光在光子晶體中的行為.為了定性地分析光的行為,我們對(duì)光子晶體中光的群速度進(jìn)行了計(jì)算,得到很好的結(jié)果.基于波向量圖和群速度,可以很好地分析光在光子晶體中的行為.在這個(gè)基礎(chǔ)上,該文對(duì)光子晶體中的負(fù)折射效應(yīng)、超棱鏡效應(yīng)以及自準(zhǔn)直效應(yīng)進(jìn)

5、行了一定的分析.由于高維光子晶體的實(shí)驗(yàn)制作工藝相對(duì)來(lái)說(shuō)比較困難,特別是對(duì)于可見(jiàn)光波段的高維光子晶體的制作目前還沒(méi)有很有效的手段.基于這個(gè)考慮,該文分析了一維光子晶體中的光的傳播方式.深入研究了可用于分析一維光子晶體中超棱鏡效應(yīng)的方法.并對(duì)影響超棱鏡效應(yīng)的因素進(jìn)行了深入的分析,指出了設(shè)計(jì)的基本思想.對(duì)一維光子晶體超棱鏡的研究表明,在一維光子晶體中由于設(shè)計(jì)自由度的缺乏,無(wú)法得到較好的空間位移色散關(guān)系,因此對(duì)實(shí)際應(yīng)用還有諸多的限制.為了克服這

6、個(gè)困難,根據(jù)空間位移與時(shí)間延遲的關(guān)系,該文對(duì)非周期的一維結(jié)構(gòu)進(jìn)行了深入的分析.在這個(gè)基礎(chǔ)上,該文提出了一種基于Fabry-Perot腔的新結(jié)構(gòu).這種結(jié)構(gòu)本質(zhì)上可以認(rèn)為是基于FP腔的Interleaver結(jié)構(gòu),只是它需要傾斜入射工作.在這種結(jié)構(gòu)中,由于不同的透射通道具有不同的時(shí)間延遲,因此不同的通道在出射面的不同位置出射.由于這種結(jié)構(gòu)具有很高的空間位移分辨率,因此可以將相鄰間隔很小的波長(zhǎng)在空間上分開(kāi),實(shí)現(xiàn)波分復(fù)用.它簡(jiǎn)化了一般基于inte