光子晶體的缺陷及波導(dǎo)特性研究.pdf

1、20世紀(jì)的信息產(chǎn)業(yè)是建立在電子通信的基礎(chǔ)上的，然而電子作為信息載體已經(jīng)逐漸不能滿足人們對于高速通信的要求，人們很自然的將目光投向了具有更多可利用資源的光子，而能夠控制光子行為的材料就是光子晶體。完整的光子晶體具有廣泛的應(yīng)用范圍，然而具有缺陷的光子晶體更吸引人們的目光。利用光子晶體的缺陷可以實現(xiàn)引導(dǎo)電磁波的目的，可以制作各種各樣性能優(yōu)異的光子晶體光學(xué)器件。本文主要研究了光子晶體中的點(diǎn)缺陷和線缺陷，以及由缺陷構(gòu)成的光子晶體波導(dǎo)和分頻器。

2、 在前人研究的基礎(chǔ)上，我們對二維正方晶格和六方晶格光子晶體缺陷的帶結(jié)構(gòu)進(jìn)行了計算。計算結(jié)果表明，在二維光子晶體中引入單獨(dú)的點(diǎn)缺陷后，在原來完整的光子晶體的禁帶中會出現(xiàn)平坦孤立的能帶。孤立能帶的出現(xiàn)表明在光子晶體禁帶中對于某一極窄的頻段，可以具有很高的透射率。光子晶體缺陷的這一性質(zhì)具有很重要的實際用途，如增強(qiáng)原子的自發(fā)輻射、制作極窄帶的選頻濾波器等。為了能對光子晶體進(jìn)行數(shù)值計算，人們一直不遺余力的在尋求新的計算方法。本文在第三章中運(yùn)用

3、一種新的阻抗分析方法分析了一維光子晶體的反射系數(shù)、波導(dǎo)特征方程和波導(dǎo)模的場分布。透射系數(shù)的計算結(jié)果表明，這種新方法可以很好的用來計算光子晶體禁帶以及普通的全反射，對于研究一維光子晶體波導(dǎo)非常方便。利用阻抗分析方法研究一維光子晶體波導(dǎo)的特征方程后，我們得到了四個低階波導(dǎo)模的歸一化傳播常數(shù)隨波長的變化關(guān)系以及場的分布，和相關(guān)文獻(xiàn)的結(jié)果吻合的非常好。 完整光子晶體最主要的性質(zhì)是光子禁帶，而人們對具有缺陷的光子晶體更有興趣，這是因為光子

4、晶體中的缺陷給人們提供了局域電磁波和引導(dǎo)電磁波的可能。本文采用有限差分時域方法計算了二維光子晶體直波導(dǎo)的帶結(jié)構(gòu)和其中的局域模式。不同于點(diǎn)缺陷的靜止局域模，波導(dǎo)中的局域模是沿著波導(dǎo)傳播的，且傳播性質(zhì)受到傳播常數(shù)kz的影響，因此我們也對不同kz下的波導(dǎo)帶結(jié)構(gòu)和局域模進(jìn)行了計算并給出了結(jié)果。另外，我們設(shè)計了不同結(jié)構(gòu)的二維光子晶體分頻器，分別用FDTD方法進(jìn)行了模擬和計算，結(jié)果表明二維光子晶體可以用來制作性能非常優(yōu)良的分頻器，分頻效果非常理想。