一维光子晶体的禁带特性研究

论文摘要

光子晶体的概念是20世纪80年代末提出的,它是一种具有周期性结构的新型光学材料。光子晶体最显著的特征是具有光子禁带,这一特性使其成为研究的热点,有着很好的应用前景。一维光子晶体是最基本的光子晶体,其折射率在一维空间方向上具有周期性。一维光子晶体不仅结构简单、制备容易,而且具有二、三维光子晶体的性质,因此具有很高的研究价值和广泛的应用前景。本文首先介绍了光子晶体的概念、分类和特性,总结了光子晶体的应用领域和制作方法等。然后从一维光子晶体的结构特点出发,研究了有限周期结构一维光子晶体的光子禁带以及缺陷模的光学特性。利用传输矩阵法推导出一维光子晶体的反射率和透射率公式,然后利用MATLAB软件编程得到一维光子晶体反射率的计算程序。通过数值计算,得出了周期数、介质层厚度比和折射率比对一维光子晶体禁带的影响规律,这些参数可以为制备光子晶体提供依据。在一维光子晶体中引入单缺陷后,光子禁带中出现了缺陷模,通过改变缺陷层的位置、折射率和光学厚度,得到了单缺陷一维光子晶体禁带和缺陷模的变化规律。当在一维光子晶体中引入双缺陷后,禁带中的缺陷模产生了新的变化,缺陷模分裂,一分为二。通过改变两缺陷层位置和光学厚度等参数,得到了禁带和缺陷模的变化规律。最后,进行了禁带展宽的研究,构建了两种特殊结构的一维光子晶体,通过计算,结果证实达到了光子禁带展宽的目的。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 光子晶体的概念
• 1.2 光子晶体的分类
• 1.3 光子晶体的特性
• 1.4 光子晶体的应用
• 1.4.1 光子晶体全反射镜
• 1.4.2 微波天线
• 1.4.3 光子晶体波导和光纤
• 1.5 光子晶体的制备
• 1.5.1 微细加工方法
• 1.5.2 胶体自组装方法
• 1.5.3 光干涉方法
• 1.6 光子晶体的理论研究方法
• 1.6.1 平面波方法
• 1.6.2 传输矩阵法
• 1.6.3 差分或有限差分法
• 1.6.4 N阶法
• 1.7 本论文的主要工作和创新内容
• 第二章 光子晶体的理论研究基础
• 2.1 单层介质膜的特征矩阵
• 2.2 一维光子晶体的传输矩阵
• 第三章 影响一维光子晶体禁带的参数
• 3.1 一维光子晶体的模型和参数
• 3.2 周期数N对光子禁带的影响
• 3.3 介质层厚度比对光子禁带的影响
• 3.4 介质层折射率比对光子禁带的影响
• 3.5 本章小结
• 第四章 含缺陷一维光子晶体禁带特性研究
• 4.1 单缺陷一维光子晶体的禁带特性研究
• 4.1.1 缺陷层所处位置对光子禁带的影响
• 4.1.2 缺陷层折射率对光子禁带的影响
• 4.1.3 缺陷层光学厚度对光子禁带的影响
• 4.2 双缺陷一维光子晶体的禁带特性研究
• 4.2.1 缺陷层位置对光子禁带的影响
• 4.2.2 缺陷层光学厚度对光子禁带的影响
• 4.3 本章小结
• 第五章 一维光子晶体禁带的展宽
• 5.1 一种特殊结构的一维光子晶体
• 5.2 一维光子晶体的串联
• 5.3 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢