二維光子晶體禁帶特性及其應(yīng)用研究.pdf

1、光子晶體是一種由介質(zhì)或金屬周期性排列而成的人工材料。由于其獨(dú)特的性能和潛在的巨大應(yīng)用前景，近二十年來，光子晶體已成為一個(gè)發(fā)展迅速的科學(xué)研究新領(lǐng)域。
　　 本文首先介紹了計(jì)算光子晶體的常用數(shù)值方法，重點(diǎn)分析了平面波展開法，將等效介質(zhì)理論應(yīng)用到平面波展開法中，發(fā)展了一種基于等效介質(zhì)理論的平面波展開法，詳細(xì)推導(dǎo)了在二維情況下，光子晶體中TM和TE模滿足的本征方程。該算法的優(yōu)點(diǎn)是用等效介電張量來表示小區(qū)域內(nèi)介電常數(shù)分布函數(shù)的平均效應(yīng)，能

2、夠用來計(jì)算結(jié)構(gòu)復(fù)雜的光子晶體。
　　 利用時(shí)域有限差分方法，計(jì)算了二維光子晶體禁帶；重點(diǎn)研究了不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的二維正方晶格光子晶體的禁帶特性；結(jié)合超元胞理論，計(jì)算了含有缺陷的二維光子晶體的能帶；模擬了二維光子晶體波導(dǎo)及波導(dǎo)耦合特性；基于波導(dǎo)的耦合特性，設(shè)計(jì)了一個(gè)3出口光子晶體頻分器。利用時(shí)域有限差分方法計(jì)算能帶得到的結(jié)果與平面波法相符；在以空氣背景介質(zhì)柱的光子品體中，帶隙的中心頻率都隨介質(zhì)柱半徑的增加而降低，在以介質(zhì)背景空氣柱的光

3、子晶體中，帶隙中心頻率隨空氣柱半徑的增加而升高；含有缺陷的光子晶體的能帶計(jì)算結(jié)果顯示，在禁帶內(nèi)出現(xiàn)了缺陷模，缺陷內(nèi)的場(chǎng)分布具有很強(qiáng)的局域特性；對(duì)光子品體波導(dǎo)模擬結(jié)果表明，處于禁帶之內(nèi)的光波沿著光子品體線缺陷傳播，對(duì)處于禁帶之外的光，光子品體不具有局域性，光子晶體波導(dǎo)損耗小，特別是在具有90°拐彎波導(dǎo)中，其透過率幾乎為100％；光子晶體波導(dǎo)耦合模擬結(jié)果顯示，光子晶體波導(dǎo)和普通介質(zhì)波導(dǎo)耦合器類似，也具有定向耦合的特性，在一定條件下，分別實(shí)現(xiàn)

4、交義耦合和直通耦合。所設(shè)計(jì)的頻分器能實(shí)現(xiàn)對(duì)歸一化頻率分別為0.415、0.396和0.448的信號(hào)進(jìn)行分離，信號(hào)的能量近乎90％以上通過波導(dǎo)從輸出端輸出。
　　 最后，本文利用二維時(shí)域有限差分方法，基于二維光子晶體波導(dǎo)與點(diǎn)缺陷微腔共振耦合原理，通過仿真模擬和參數(shù)優(yōu)化，設(shè)計(jì)了一種利用共振微腔作為反射的6-信道下載濾波器，該濾波器能將主波導(dǎo)中的光波信號(hào)下載至與點(diǎn)缺陷頻率共振的各分路波導(dǎo)中輸出，傳輸譜信道波長間隔為20nm，中心波長誤