二维光子晶体的完全禁带及缺陷特性研究

论文摘要

光子晶体是一种具有周期性介电常数的新型人造晶体,它最主要的特征就是具有光子带隙。由于其独特的性能和潜在的巨大应用,人们对光子晶体的理论分析和实验研究产生了极大的兴趣。目前,二维光子晶体完全禁带以及缺陷特性仍然是该领域的重要研究方向。本文计算了Al2O3、Si、Ge三种材料的二维介质柱型光子晶体和空气柱型光子晶体完全禁带与晶格结构、填充比、介电常数比等三个主要影响因素之间的关系。根据计算结果,我们主要针对三种易出现完全带隙的结构进行了重点计算。改变其介电常数比从8-40,同时改变填充比,以寻找最大禁带结构参数,研究其带隙变化规律。对二维正方晶格光子晶体点缺陷的带结构进行了计算。计算了二维光子晶体直波导和L形弯曲波导的带结构和其中的局域模式,同时对其传输特性进行了模拟。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 光子晶体概论
• 1.1 光子晶体简介
• 1.2 光子晶体的能带特点
• 1.3 光子晶体研究的发展历程
• 1.4 光子晶体的应用
• 1.5 光子晶体的制作
• 1.6 光子晶体的理论研究
• 1.7 本文的主要工作及章节安排
• 第二章 光子晶体的能带理论及数值模拟方法
• 2.1 光子晶体中的Maxwell 方程组
• 2.2 Maxwell 方程组的平面波展开
• 2.3 Maxwell 方程组在二维光子晶体中的应用
• 2.3.1 正方形晶格光子晶体
• 2.3.2 三角形晶格光子晶体
• 2.3.3 蜂窝状晶格光子晶体
• 2.4 光子晶体能带结构分析
• 2.5 本章小结
• 第三章 二维光子晶体完全禁带影响因素分析
• 3.1 影响二维介质圆柱型光子晶体完全禁带的主要因素
• 3.1.1 晶格结构对光子禁带的影响
• 3.1.2 不同填充比的影响
• 3.1.3 不同介电常数比的影响
• 3.2 影响二维空气圆柱型光子晶体完全禁带的主要因素
• 3.2.1 晶格结构对光子禁带的影响
• 3.2.2 不同填充比的影响
• 3.2.3 不同介电常数比的影响
• 3.3 本章小结
• 第四章 大带隙二维光子晶体结构参数
• 4.1 正四边形介质柱
• 4.2 三角形空气柱
• 4.3 蜂窝形介质柱
• 4.4 二维光子晶体的设计
• 4.5 本章小结
• 第五章 光子晶体中的缺陷研究
• 5.1 光子晶体中的点缺陷
• 5.1.1 空位型缺陷
• 5.1.2 参数异常型缺陷
• 5.2 光子晶体中的线缺陷
• 5.2.1 光子晶体直波导
• 5.2.2 L 形光子晶体弯曲波导
• 5.3 本章小结
• 第六章 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 作者在读期间的研究成果