由色散材料组成的光子晶体的特性研究

论文摘要

本文研究由色散材料构成的光子晶体的特性,由以下三部分构成:由色散材料组成的一维光学量子阱的透射率研究,包含负介电材料的二维有界光子晶体的透射率研究以及包含负介电材料的无穷大光子晶体的色散关系研究。首先,我们利用转移矩阵的方法,计算由不同色散材料构成的一维光子晶体的透射率,然后在以上光子晶体中引入缺陷,这种缺陷可能由两种不同的色散材料交替排列构成,也可能由一种色散材料构成,通过改变这些缺陷的周期,形成不同的光学量子阱结构,从而呈现不同的透射率性质。研究表明,在以上光学量子阱中都存在着带隙,并且缺陷模呈现出量子化的特点。当缺陷中包含双负介质(即电导率ε<0和磁导率μ<0)时,无论其出现在由两种色散材料构成的缺陷层中,还是作为单一的缺陷材料出现,缺陷模的数量都随着缺陷层周期的增加而增大;然而在不包含双负介质的其他量子阱结构中,缺陷模的数量不随缺陷层周期数的变化而变化。其次,我们采用有限时域差分方法(FDTD),计算了包含负介电材料的二维正方晶格的光子晶体板的透射率情况。结果表明:在负介电材料比例适当的条件下,由正方散射子和长方散射子构成的背景为负介电材料和散射子为负介电材料的光子晶体板都存在带隙。这是负介电材料引起的吸收和散射子散射共同作用的结果。当散射子为负介电材料,背景为空气时,存在着散射子填充率越大,可透过光的频率数量越少的现象。当填充率增大到一定程度,在频率的很大范围内透过率都为0。当背景为负介电材料,散射子为空气时,随着填充率的增大,在低频部分可透过光的频率数量显著增加。最后,我们采用扩展基矢方法研究了由负介电材料组成的正方型散射子,长方型散射子,圆柱型散射子的正方晶格无穷大光子晶体的色散关系。研究发现:由负介电材料构成的光子晶体同样呈现带隙结构,并且带隙有随散射子尺寸增大而加宽的趋势,其中心位置也在向高频方向移动。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 光子晶体简介
• 1.2 光子晶体的应用
• 1.3 光子晶体的理论研究方法
• 1.4 色散材料简介
• 1.5 色散材料的应用
• 1.6 论文的主要工作和结构安排
• 第二章 由色散材料组成的一维光学量子阱的透射率的研究
• 2.1 光子晶体中的转移矩阵方法
• 2.2 由色散材料组成的一维光子晶体的透射率研究
• 2.3 由色散材料组成的光学量子阱的透射特性研究
• 2.4 小结
• 第三章 二维有界光子晶体的透射率研究
• 3.1 光子晶体中的有限时域差分（FDTD）方法
• 3.2 包含负介电材料的二维光子晶体板的计算模型及参数选择
• 3.3 射子为负介电材料的光子晶体板的透射性质
• 3.4 背景为负介电材料的光子晶体板的透射性质
• 3.5 小结
• 第四章 包含负介电材料的光子晶体的色散关系研究
• 4.1 光子晶体中的扩展基矢方法
• 4.2 计算结构及参数选择
• 4.3 由负介电材料组成散射子的光子晶体的色散关系研究
• 4.4 小结
• 第五章 总结
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表文章和所投稿件
• 致谢