一維光子晶體表面模的理論研究.pdf

1、光子晶體表面模是一種局限在光子晶體表面的電磁模式，當理想的光子晶體在表面被截斷時，其平移對稱性被打破，因此在光子帶隙內(nèi)出現(xiàn)了表面模，它在光子晶體和介質(zhì)內(nèi)分別以Bloch波和平面波的形式存在且均指數(shù)衰減。一維光子晶體的表面模早已得到理論的證實和實驗的驗證，且在傳感領域已經(jīng)得到了廣泛的研究和應用。但目前尚缺乏對一維光子晶體表面波波導器件的研究，尤其是研究Bloch表面波的傳輸特性和耦合特性。本文首先分析一維光子晶體的能帶結(jié)構(gòu)，隨后采用超原胞

2、法和直接匹配法研究半無限一維光子晶體和對稱半無限一維光子晶體結(jié)構(gòu)表面模的特性，為一維光子晶體表面模在集成光學中的應用提供理論依據(jù)。本文的主要工作和創(chuàng)新點包括以下幾個方面:
　　1、采用對稱膜系的等效理論研究一維光子晶體的能帶結(jié)構(gòu)，重點探究了一維光子晶體的能帶交疊現(xiàn)象并解釋了其中的物理機制，提出一維光子晶體能帶交疊現(xiàn)象的原因有兩個:一個是光學洞，不論入射波是TE偏振或者是TM偏振，只要各層薄膜相位厚度滿足δ=mπ，電磁波都會無反射的

3、透過光子晶體;另一個是布儒斯特角，其只對TM偏振波才有意義，在第一帶隙內(nèi)也可以出現(xiàn)。
　　2、采用超原胞法計算半無限一維光子晶體的色散關(guān)系和電場分布，探究了光子晶體最外層厚度對表面模色散曲線的影響。研究發(fā)現(xiàn)，當一維光子晶體的高折射率層截斷時，表面模色散曲線的變化范圍較大。在能帶圖中那些遠離真空光線且居于帶隙中間處的表面模會有局域性更強的電場。采用Kreschmann裝置激發(fā)一維光子晶體的表面波，最后利用菲涅爾迭代方程計算了ATR反