14组负折射率光子晶体.

LOGO负折射率光子晶体赵东2120150638李臣亮212015061514组负折射率光子晶体原理负折射率光子晶体参数负折射率光子晶体技术负折射率光子晶体应用主要内容1986年前苏联科学家Veselago最早提出了关于负折射率的设想。如果材料的介电常数和磁导率都为负数，那么会出现反常的折射现象。负折射率材料是媒介的介电常数和磁导率都为负,折射率是也称为负折射材料，光从普通的介质入射到负折射介质，将会出现负的折射角，入射光线和折射光线在法线同侧。n负折射率基本理论平面电磁波频域的麦克斯韦方程组写成如下形式HEKEHK要求方程组有非0解，波矢必须满足色散方程22K同时电磁波的传播方向由坡印廷矢量给出HES右手性介质（常规介质）——介质中电场、磁场和波矢三者构成右手关系，波的折射遵循斯涅尔定律，波印廷矢量与波矢量方向相同。左手性介质（负折射率介质）——介质中电场、磁场和波矢三者构成左手关系，波的折射不遵循斯涅尔定律，波印廷矢量与波矢量方向相反。左手介质负折射率现象折射光线与入射广线位于界面法线同侧，且方向与斯涅耳定律的预期方向相反，称为光线的负折射，但是大小仍由斯涅耳定律确定。反常多普勒效应一列电磁波垂直射向正在相对于波源后退的边界正常材料中，反射波频率会降低；负折射率材料中反射波频率会升高。反常切伦科夫辐射nvccos反常古斯汉欣位移如果光束是由右手介质入射到右手介质发生全反射，能量将沿右边传输，因此位移是向右的；但是，假如光束是由右手介质入射到左手介质发生全反射，由于左手介质中能流与波矢传播方向相反，导致横向位移向左。光子晶体光子晶体由具有不同介电常数的介质材料在空间按一定的周期排列而构成，光子晶体最重要的特性是光子禁带(带隙特性)。光子晶体的光子禁带示意)()()(122rHcrHrRnEVR）】r（m2-【n22光子晶体光子晶体是折射率在空间周期性变化的介电结构，光子晶体最重要的特性是光子禁带(带隙特性),即频率在一定范围内的入射光在光子晶体中禁止传播。光子禁带是光在周期性介质结构的光子晶体中传播时，某些频段的光波被强烈散射后相干相消，不能透过该介质而形成的。考虑电磁波在(x，z)平面传播且为TE偏振。经过计算可以得到这种ABABAB……这种结构，色散关系公式如下：)(cos2)sin()sin()2()(cos2qdcdncdnzzzzcdnBBAAABBA制作滤波器可行性分析制作滤波器可行性分析ddndnnBBAA/)(若平均折射率：=0则色散方程的解为：NcdnAA（其中N为整数）零平均折射率带隙图这种分离特性可以用来做滤波器，用具有零平均折射率带隙的光子晶体做滤波器效果很好。正负折射率交替一维光子晶体模型光学梳状滤波器是指频谱类梳状的透射或反射式光学信号通路元件。它的设计原理依据右图所示，正负折射率光子晶体成交替排列，负折射率材料中，波矢方向与能流方向相反，这样引起相位随着波的传播而减小。利用光子晶体参杂负折射材料缺陷等作用可以实现全C波段的滤波。应用——窄带梳状滤波器传输矩阵法理论推导：NiiNMmmmmM21222112112(1)其中iM为第i介质层的传输矩阵，可以写为iiiiiiijjMcossinsincos(2)其中iiiidncos2第i层的相对厚度，i是第i层的等效导纳当0,0时，n当0,0时，n通过计算可以2N层介质的一维光子晶体反射系数为12121112222101212111222210/)(/)(NNNNmmmmmmmmr(3)反射率2rR透射率RT1传统一维光子晶体透射谱图正负折射率交替的一维光子晶体透射谱普通光子晶体：n1=1.5,n2=2.4，n1d1=λ0=1550nm周期数N=10正负折射率交替的光子晶体：n1=1.5,n2=-2.4，n1d1=-n2d2=λ0=1550nm布拉格条件pdndnBragg))(/2(2211),2,1p（法布里-布罗条件qdnPF11-)/2(),2,1(q零平均折射率率带隙条件ddndnnBBAA/)(=0普通光子晶体和含负折射材料的光子晶体透射谱比较n1n2n1界面1界面2梳状滤波器透射谱图参数：带宽100GHz,信道间隔0.8nm,根据F-B条件透射中心波长厚度调谐因子2/)1/0（=968n1=1.5,n2=-2.4周期数N=25mdn/211002211dndn通带位置决定于法布里一珀罗谐振条件，偏离通带的频率由于受n=0、禁带和布拉格散射的影响透射率急剧下降。应用这种结构设计了波分复用梳状滤波器，这种梳状滤波器具有通带极窄，禁带平整的特点。应用小结