含左手物质的一维光子晶体的若干特性

论文摘要

人们认为下一代信息载体将会是光子,因为光子有更多可利用的资源如振幅、相位、频率、偏振等,有较电子载体更为明显的优势,而能够有效控制光子行为的材料就是一种全新的光子材料——光子晶体。左手物质是最近几年才提出的一种全新的人工合成材料,其具有很多奇特的性质,如负折射、消逝波放大、次波长分辨率等。本文将这两种奇特的材料结合起来,研究含左手物质的一维光子晶体的电磁特性。 左手物质的介电常数和磁导率均是负值,因而在使用MAXWELL方程进行处理时需要特别慎重,在第二章中我们对负介电常数和负磁导率的MAXWELL方程进行了重新考虑。光子晶体最主要的性质之一就是光子带隙。在一维光子晶体中引入左手物质后,我们重新计算了含左手物质的一维光子晶体的带结构。计算表明在引入左手物质后,在相同的结构参数下光子晶体的带隙会加宽,并且光子带隙会向高频区域移动。此外,我们还发现含左手物质的光子晶体中存在两种特殊的电磁波模式——分离模和隧穿模,这两种特殊的电磁波模式在普通的一维光子晶体中是不存在的。 左手物质一个非常重要的可能用途是制造完美透镜,而左手物质能实现次波长成像的根本原因就在于左手物质可以对消逝波进行放大。在理想近似的前提下,我们探讨了含左手物质的一维光子晶体中的消逝波行为。结果表明含左手物质的一维光子晶体的确可以放大消逝波,但是对光子晶体的结构有一定的要求。对称性的光子晶体比非对称的光子晶体有更好的消逝波放大性能。 物质的介电常数和磁导率决定了电磁波和物质是如何相互作用的。在第五章中我们主要研究左手物质的介电常数和磁导率偏移理想值时,左手物质的次波长分辨率会有什么样的变化。通过一定的近似分析我们得到了次波长分辨率和参数偏移的近似关系,并对左手物质的传输函数进行了数值计算。近似分析和数值计算结果均表明,次波长分辨率对参数偏移非常的敏感。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图索引
• 附表索引
• 第1章 绪论
• 1.1 光子晶体的原理与应用
• 1.1.1 什么是光子晶体
• 1.1.2 光子晶体的基本特性
• 1.1.3 光子晶体的结构及其制作
• 1.1.4 光子晶体的应用
• 1.2 左手物质的基本原理与应用
• 1.2.1 什么是左手物质（LHM）
• 1.2.2 左手性的基本原理及性质
• 1.2.3 左手物质的研究进展
• 1.3 本文的工作内容
• 第2章 电磁波与LHM的相互作用
• 2.1 MAXWELL方程
• 2.2 ε,μ的物理意义
• 2.3 左手物质的基本电磁性质
• 2.4 本章小结
• 第3章 含LHM的一维光子晶体的带结构
• 3.1 理论模型与能带结构
• 3.2 光子晶体中的分离模
• 3.3 光子晶体中的隧穿模
• 3.4 本章小结
• 第4章 含LHM的一维光子晶体中的消逝波
• 4.1 普通透镜的分辨率极限问题
• 4.2 消逝波放大的理论分析
• 4.3 模型和结论
• 4.4 本章小结
• 第5章 参数偏移对次波长分辨率的影响
• 5.1 传输函数
• 5.2 次波长分辨率的近似公式
• 5.3 传输函数的数值分析结果
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录A（攻读学位期间所发表的学术论文目录）