一维光子晶体禁带结构及缺陷模耦合特性研究

曲阜师范大学硕士学位论文一维光子晶体禁带结构及缺陷模耦合特性研究姓名：耿继国申请学位级别：硕士专业：理论物理指导教师：闫珂柱20060401一维光子晶体禁带结构及缺陷模耦合特性研究作者：耿继国学位授予单位：曲阜师范大学相似文献(10条)1.期刊论文武东升.刘旭.李海峰用各向异性介质构造的一维光子晶体的特性分析-光电子·激光2002,13(1)本文根据单轴晶体的传输矩阵,研究了一种由各向异性介质周期排列构成的一维光子晶体,分析了在不同入射角度和折射率条件下,该周期结构的反射和偏振的光学特性.分析结果表明,各向异性介质在折射率比值较大或与高折射率同性介质结合使用,可获得较宽的禁带,并可实现在可见光范围内的全偏振全角度反射.2.学位论文王旭东一维光子晶体光学传输特性的数值研究2004光子晶体的带隙结构是描述光子晶体的重要性能之一,也是光子晶体应用开发的基础.因此,对光子晶体的带隙结构及其光学传输特性的研究是对光子晶体进行基础性研究的重要内容,对人们认识光子晶体以及应用开发光子晶体都有重要的现实指导意义.光子晶体根据空间结构不同,我们可以把它划分为一维光子晶体、二维光子晶体和三维光子晶体.目前,对一维、二维光子晶体研究的相对较多,三维光子晶体由于其结构复杂、理论研究和制作都比较困难,所以当前研究的相对少一些.一维光子晶体鉴于结构简单、计算难度小、制作方便等特点研究的颇多,其范围涉及带隙结构分析、非线性效应、金属光子晶体、微腔辐射、反射镜设计以及在光通讯器件的设计等众多方面.Fink等人提出一维光子晶体同样可以实现全方位带隙,进一步肯定了一维光子晶体的重要性.有人认为,一维光子晶体有可能成为未来的全光通讯的关键材料.该文主要采用光学传输矩阵理论对一维光子晶体的传输特性进行了数值模拟,对一维光子晶体带隙分布特性、介质多元化、缺陷模特性等方面进行了研究.该论文的具体内容如下:1、简单阐述了光子晶体的概念,介绍了光子晶体的主要特征、应用和近来的发展状况,并且列举了光子晶体的几种常用理论计算方法和制作方法.2、从麦克斯韦方程出发推出了光子晶体的征方程,并对用于计算一维光子晶体的传输矩阵进行了推导,进行了计算示例.3、数值模拟了一维光子晶体带隙宽度随介质折射率之比的变化关系,以及保持折射率之比不变折射率大小对带隙的影响.4、数值模拟了一维光子晶体中介质多元化带来的不同传输特性,并且考虑了制作误差对多元光子晶体的影响,显示了多元光子晶体的优势.5、对一维光子晶体缺陷模进行了数值模拟,对缺陷层厚度为零和非零情况进行了讨论,并研究了该结构中双模存在条件.3.期刊论文汤炳书.TANGBing-shu光学波段菲波纳契序列一维光子晶体纳米膜传输特性研究-光子学报2007,36(8)为了研究光学波段菲波纳契序列一维光子晶体纳米膜的传输特性,应用传输矩阵方法数值模拟各种情况下的透射率即传输函数随频率的变化.数值结果表明在正入射时,菲波纳契序列一维光子晶体中的禁带宽度、中心位置、数目都与构成序列的项数、组元物理厚度、组成序列组元初始次序、组元折射率差值都对传输特性有较大影响,在可见光区组元折射率差值越大越易形成较宽禁带,进一步研究广义菲波纳契序列一维光子晶体纳米膜的传输特性,发现比典型情况更易在可见光区形成禁带.4.期刊论文高月.丁迎春.GAOYue.DINGYing-chun掺杂KTP的一维光子晶体光开关的理论研究-光电子技术2008,28(4)设计了掺杂KTP的一维光子晶体光开关器件,利用传输矩阵理论对于掺杂KTP的一维光子晶体的传输特性进行了研究.数值计算表明,对于中心波长的光波,随温度升高,器件透射蜂向长波方向移动,结果显示温度变化对于透射率的影响不足以隔断光波.当在KTP两端施加直流电场时,当电压大于特定值时,光器件透射率降到开关阈值之下,形成光开关.当在KTP两端施加交流电场时,输出光波的周期正好是交流电场周期的一半,可以通过调节电场的频率来得到想要的频率的脉冲信号.5.学位论文高月一维光子晶体光开关的理论研究2009光子晶体光开关器件由于在控制光的传输过程中具有传统器件所没有的优势，使得其成为未来集成光路元件的理想选择。相比其他形式的光开关，光子晶体光开关作为新型的光开关器件，在光波在开和关两个状态下的透射率相差级别、工作窗口的可控性、超快响应时间、能量损耗低、安全性等具有非常大的优势。本文针对掺杂电光材料KTP的一维光子晶体光开关进行了研究，主要内容包括：1、利用传输矩阵法，讨论了入射角度、中心波长确定的情况下的高低折射率的比值、不同的中心波长和光子晶体中周期数对一维光子晶体的透射谱、禁带位置和带宽的影响。2、对掺杂缺陷的光子晶体进行了多方面的研究，包括：对于一层掺杂的形式，通过对两种不同形式的掺杂形式，讨论了改变缺陷层的光学厚度、改变缺陷层的折射率、改变缺陷层在光子晶体中的位置、改变缺陷层两侧的光子晶体周期数和复折射率对掺杂缺陷模的影响，其中可以通过改变缺陷层的折射率来设计一维光子晶体光开关；对于多层掺杂，通过对掺杂层数相同的情况下，讨论了掺杂位置的不同、选择不同的缺陷数量以及缺陷分布对于缺陷模的的影响，其中可以选择不同的缺陷数量以及缺陷分布来设计多通道光开关，将在开发波分复用系统中有十分重要的应用潜力。3、设计了掺杂KTP的一维光子晶体光开关器件，利用传输矩阵理论对于掺杂KTP的一维光子晶体的传输特性行了研究。数值计算表明，对于中心波长的光波，随温度升高，缺陷模向长波方向移动，结果显示度变化对于透射率的影响不足以隔断光波。当在KTP两端施加直流电场时，当电场大于特定值时，光器透射率降到开关阈值之下，形成光开关。当在KTP两端施加交流电场时，输出光波的周期正好是交流电周期的一半，可以通过调节电场的频率来得到想要的频率的脉冲信号，将在未来的光器件研究中有潜在的应用价值。6.期刊论文陈征.王涛.CHENZheng.WANGTao一维光子晶体缺陷模的偏振特性研究-光子学报2007,36(12)利用周期结构的布洛赫定理推导了一维无限光子晶体缺陷模方程,研究了缺陷模的偏振特性,以及在不同入射角和缺陷层厚度下缺陷模位置的变化.利用传输矩阵方法对有限周期数光子晶体也进行了研究,分别对应一维无限光子晶体和有限周期数光子晶体给出了数值计算结果.通过比较这两者的数值结果得出了缺陷模随入射角和缺陷层厚度变化的一般规律.7.期刊论文蒋美萍.江兴方.沈小明.王旭东.是度芳.陈光.JIANGMei-ping.JIANGXing-fang.SHENXiao-ming.WANGXu-dong.SHIDu-fang.CHENGuang一维光子晶体的偏振特性研究-量子电子学报2005,22(4)本文采用光子晶体带隙结构计算的Pendry理论研究了一维光子晶体的偏振特性,由Pendry理论导出的传输矩阵法计算了TE模和TM模的透射谱,不同入射角时基频PBG(Photonicbandgap)分布,固定入射角及入射光频率时透射率随介质a的填充率因子变化曲线.8.期刊论文郜小勇.董晓慧.刘绪伟.赵剑涛.GAOXiao-yong.DONGXiao-hui.LIUXu-wei.ZHAOJian-tao可见光波段的一维光子晶体的理论设计-半导体光电2006,27(5)利用传输矩阵,计算了Si/KCl、Si/TiO2、TiO2/MgF2三种典型的具有λ/4波片堆结构的可见光波段的一维光子晶体的反射率,并且研究了折射率比、周期数和入射角对一维光子晶体特性的影响.结果表明,可见光波段的一维光子晶体的周期的增大会使禁带中心红移、绝对带宽和相对带宽扩展;相对带宽随着折射率比的增大而增大,但依靠提高折射率比来提高一维光子晶体的相对带宽有限.该研究结果对可见光波段的一维光子晶体的实用制备具有理论指导意义.9.学位论文钱敏基于多孔硅的一维光子晶体研究2006光子晶体是一种新型光学功能材料，它是由具有不同介电常数的材料在空间上作周期交替排列而得到的。其最基本的特征是存在类似于半导体中禁带的光子频率带隙(PBG)，频率落在带隙内的电磁波被禁止传播。多孔硅是一种非常引人注目的光学材料。由于采用多孔硅制作薄膜相对简便的制作技术、非常低的制作成本和孔度可调制等独特性质，让其成为了一种在光学应用领域非常具有潜力的材料。多孔硅的孔度在一定氢氟酸浓度下制作时与电流密度成正比，所以采用周期性变化的电流密度来制作多孔硅多层薄膜就形成了典型的一维光子晶体结构。这种结构在国外已经成为了研究热点，而在国内相关的报道还比较少。本论文探索了一种利用多孔硅材料制作一维光子晶体的技术。论文讨论了各种工艺因素对制备过程的影响，并通过计算机模拟讨论了结构参数对结构光学质量的影响，最后成功制作了多孔硅一维光子晶体。第一章对光子晶体的基本概念进行了扼要的论述，介绍了目前基于多孔硅的一维光子晶体的发展现状以及存在的主要问题，由此引出本论文研究的主要内容。第二章重点论述了多孔硅一维光子晶体原理和制备方法。本论文探讨了电流密度、氢氟酸浓度、衬底类型、制备温度和阳极氧化时间等关键工艺因素对多孔硅一维光子晶体的影响。第三章重点论述了多孔硅一维光子晶体的设计。论文采用传输矩阵的方法对多孔硅一维光子晶体的光学结构参数进行了讨论，并分析了周期数、折射率之比和中心波长对禁带的影响。论文还讨论了不同掺杂缺陷的多孔硅一维光子晶体的光学禁带。第四章论述了多孔硅光子晶体的表征，在实验中，P型硅基的四十周期多孔硅一维光子晶体经由阳极氧化得以实现，其禁带宽度大于250nm，中心反射波长约为1600nm。在此基础上，光学长度为2λ的缺陷被成功的制作在上述的多孔硅一维光子晶体中。第五章对全文工作进行了总结并对多孔硅一维光子晶体的前景进行了展望。10.期刊论文王卓远.邵汀汀.王一刚.闫文哲.WANGZhuo-yuan.SHAOTing-ting.WANGYi-gang.YANWen-zhe一维光子晶体传输矩阵法的分析改进-科技通报2007,23(6)为了更准确地分析一维光子晶体的光子禁带特性和研究改善光子晶体性能的方法,通过在传输矩阵法的推导过程中加入了多重反射的概念和修正了传输矩阵的相位项,改进了用传输矩阵分析一维光子晶体禁带特性的方法,提高了计算精确度,结合理论仿真数据与实验测量值的对比证明了该改进算法的有效性,尤其是在非垂直入射的情况下,改进算法与实验数据符合良好.另外还探讨了组成光子晶体膜层的高低折射率介质的折射率比值,光学厚度,周期数等参数对光子禁带特性的影响,并提出了通过选用合适的光学厚度和周期数,采用新型材料,引入多缺陷态结构等改进一维光子晶体禁带特性的初步设想.本文链接：授权使用：华南师范大学(hnsfdx)，授权号：ed886f48-693f-45d9-9a64-9def0108251f下载时间：2010年9月12日