光子晶體的缺陷及波導特性研究.pdf

1、20世紀的信息產業(yè)是建立在電子通信的基礎上的，然而電子作為信息載體已經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)異的光子晶體光學器件。本文主要研究了光子晶體中的點缺陷和線缺陷，以及由缺陷構成的光子晶體波導和分頻器。

2、 在前人研究的基礎上，我們對二維正方晶格和六方晶格光子晶體缺陷的帶結構進行了計算。計算結果表明，在二維光子晶體中引入單獨的點缺陷后，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具有很重要的實際用途，如增強原子的自發(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)、波導特征方程和波導模的場分布。透射系數(shù)的計算結果表明，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非常方便。利用阻抗分析方法研究一維光子晶體波導的特征方程后，我們得到了四個低階波導模的歸一化傳播常數(shù)隨波長的變化關系以及場的分布，和相關文獻的結果吻合的非常好。 完整光子晶體最主要的性質是光子禁帶，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的帶結構和其中的局域模式。不同于點缺陷的靜止局域模，波導中的局域模是沿著波導傳播的，且傳播性質受到傳播常數(shù)kz的影響，因此我們也對不同kz下的波導帶結構和局域模進行了計算并給出了結果。另外，我們設計了不同結構的二維光子晶體分頻器，分別用FDTD方法進行了模擬和計算，結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。