含各向异性左手材料的一维光子晶体的能带特性研究

论文摘要

光子晶体是一种由折射率周期性分布而形成的人工晶体材料。光子晶体最基本的特征是具有光子带隙,因而能像半导体控制电子一样控制光子的运动。传统的一维光子晶体是由不同正折射率的介质在一维方向上周期性排列构成。每层介质都是各向同性均匀介质。将左、右手材料组合在一起可构成新型光子晶体。尽管目前关于左右手材料交替结构的光子晶体光学特性的研究已经有了一些报告,但对于含各向异性左手材料的光子晶体的研究尚比较少见。本论文围绕光在含各向异性的左手材料的一维光子晶体中的传播特性,主要通过数值计算和计算机模拟,做了以下方面的理论研究:从麦克斯韦方程组出发,分析了左手物质与电磁波相互作用的基本电磁性质,推导了光在光子晶体中传播的基本微分方程和一维光学传输矩阵理论。讨论了含各向异性的左手材料一维光子晶体的能带特性,研究带隙结构随光子晶体周期数、介质层厚度等结构参数的变化规律,并进一步研究了含左手材料光子晶体的角度特性。详细讨论了一维含各向异性的左手材料光子晶体引入非线性介质缺陷后的光学双稳态特性,并研究结构参数变化对双稳态特性的影响,分析作用机理,提出降低双稳态阈值的途径,为光子晶体器件的实现提供参考方案和理论依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 光子晶体概述
• 1.1.1 光子晶体的概念
• 1.1.2 光子晶体的分类
• 1.1.3 光子晶体的特性
• 1.2 光子晶体的理论研究方法
• 1.3 光子晶体的应用
• 1.4 光子晶体的制备
• 1.4.1 精密机械加工法
• 1.4.2 半导体制造技术
• 1.4.3 胶体自组装法
• 1.5 左手材料的研究进展
• 1.6 本论文的目的、意义和内容
• 第2章 光在含各向异性左手材料的一维光子晶体中的传播规律
• 2.1 电磁波与左手材料的相互作用
• 2.2 光在光子晶体中传播的基本微分方程
• 2.3 传输特征矩阵的推导
• 2.4 一维光子晶体的传输特征矩阵
• 2.5 本章小结
• 第3章 一维光子晶体的能带特性研究
• 3.1 一维光子晶体的能带结构分析
• 3.2 一维含各向异性左手材料的光子晶体的色散关系
• 3.3 一维含各向异性左手材料的光子晶体的能带结构
• 3.3.1 光子晶体结构参数对光谱特性的影响
• 3.3.2 能带结构对入射角的响应
• 3.4 本章小结
• 第4章 具有非线性缺陷的光子晶体的光学响应
• 4.1 光学双稳
• 4.2 具有非线性缺陷的一维光子晶体理论模型
• 4.3 具有非线性缺陷的光子晶体的双稳态特性
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢