光子晶體及其負折射現(xiàn)象理論與特性研究.pdf

1、光子晶體是近幾年出現(xiàn)的通過對金屬或介質(zhì)介電常數(shù)分布進行周期性調(diào)制而得到的人工陣列結(jié)構(gòu)。對于光子晶體，人們研究其禁帶效應，并獲得了一些應用，如用光子禁帶實現(xiàn)光子晶體激光器、直角拐彎光子晶體波導、點缺陷共振窄帶濾波器等。同時，電磁波在左手材料中的負折射現(xiàn)象因其奇特的傳播特性也引起了人們的廣泛興趣。如果合適選擇光子晶體的特殊色散特性，光子晶體也可以用來實現(xiàn)例如超棱鏡、自聚焦、負折射、慢波等效應。本文主要研究了這兩方面的內(nèi)容：光子晶體及其負折射

2、現(xiàn)象，并重 點研究具有負折射特性的光子晶體結(jié)構(gòu)及其應用，通過特殊設計來利用光子晶體的負折射特性，以獲得所需的性能。 第一章，介紹了本論文研究的背景和當前國內(nèi)外進展。因光子晶體結(jié)構(gòu)復雜，很難用簡單的方法直接分析。第二章，中給出了光子晶體的基本理論，以及人們常用數(shù)值計算方法。FDTD方法作為一種新的數(shù)值計算方法被應用在光子晶體的帶隙結(jié)構(gòu)、缺陷模式、波導模式等計算中。為了光子晶體的廣泛應用，必須得到大帶隙的光子晶體。隨后我們研究了光子

3、晶體結(jié)構(gòu)對禁帶的影響，并對光子晶體在應用方面的前景作了簡要論述。第三章，給出了負折射的相關概念，并詳細分析了光在負折射介質(zhì)中的特殊傳播現(xiàn)象。第四章是研究的重點，文中結(jié)合光子晶體帶隙圖和等頻率線(面)圖，分析了二維光子晶體中出現(xiàn)負折射現(xiàn)象的條件，得出了負折射現(xiàn)象出現(xiàn)的頻率范圍，并采用有限時域差分法模擬了光在光子晶體界面和內(nèi)部的傳輸行為，驗證了在以上理論所給出的負折射出現(xiàn)的頻段，能夠觀察到明顯的負折射現(xiàn)象。在此基礎上，比較了不同介質(zhì)、不同晶