等離子體光子晶體的FDTD分析.pdf

1、光子晶體是一種由兩種介電常數(shù)不同的介質周期性排列構成的人工材料，即所謂的“光半導體”。由于其獨特的性能和潛在的巨大的應用前景，光子晶體已成為近十多年來國際科學領域研究熱點。 等離子體光子晶體是等離子體和介質或真空構成的周期性結構。本文分別對一維和二維以及三維的等離子體光子晶體結構進行數(shù)值仿真研究，研究了不同幾何結構和等離子體參數(shù)下電磁帶隙結構的特性，以掌握其帶隙與等離子體光子晶體各項參數(shù)之間的內在聯(lián)系，為等離子體光子晶體結構的具

2、體設計提供指導。 由于等離子體光子晶體結構的復雜性，使人們難以對其做定性的或者解析分析，只能應用繁復的數(shù)值模擬，因此等離子體光子晶體計算方法是本論文的主要內容之一。 時域有限差分方法(FDTD)在電磁場數(shù)值模擬領域正受到越來越多的注意。它直接在時域求解離散化了的麥克斯韋方程組，能模擬任意幾何形狀的結構；它的另外一個優(yōu)點是可以通過輸入脈沖得到脈沖響應進行傅立葉變換，一次計算出包含很大頻率范圍的結果。 本文使用了一種

3、新的色散介質的積時域有限差分方法，分段線性電流密度遞歸卷積時域有限差分方法，來處理等離子體光子晶體結構模型中復雜的等離子體部分的計算。 光子晶體的主要特性就是光子禁帶，然而只有特殊的周期結構才有光子禁帶，因此光子晶體結構設計是光子晶體理論研究的重要內容。本文分析了等離子體光子晶體的各項參數(shù)對帶隙的影響。研究發(fā)現(xiàn)，介電常數(shù)階躍變化越大，越容易頻繁地出現(xiàn)電磁帶隙。當介電常數(shù)變化相近的時候，電磁帶隙幾乎消失。文章還進一步計算了二維離子

4、體光子晶體中等離子體參數(shù)對帶隙的影響。結果表明隨著等離子體頻率的升高，帶隙特性越發(fā)明顯，帶隙深度增加，寬度也再明顯加大。另外，本文還對三維等離子體光子晶體帶隙作了初步的數(shù)值仿真。 為了進一步增大帶隙的范圍，文中分析了復合結構等離子體光子晶體的電磁特性，本論文提出了的串聯(lián)復合周期結構等離子體光子晶體，由兩種參數(shù)結構的等離子體光子晶體構成。本文設計了一種一維復合周期結構光子晶體結構和一種二維復合周期結構光子晶體結構，計算出了相應的光