光子晶體自準直現象及其應用研究.pdf

1、光子晶體是一種人工周期介質結構，在集成光學、全光通信等領域有著廣泛的應用。最近幾年，光子晶體的異常色散特性引起了越來越多的關注，成為一個新的研究熱點，主要包括負折射、自準直、超棱鏡等效應。其中，自準直效應為控制光的傳輸提供了一種嶄新的方法，在集成光學中有著重要應用。本文對光子晶體中的自準直現象做了系統(tǒng)研究和深入分析，采用理論分析與數值計算相結合的方法，對光子晶體的可調自準直、寬帶全角自準直、偏振無關的全角自準直以及寬帶自準直亞波長成像等

2、特性進行了深入研究，提高了光子晶體的自準直性能。并基于自準直效應，設計了多種分束器和光開關等光子晶體器件。本文主要完成了如下幾個方面的工作：
　?。?）從色散曲面與等頻線分析入手，系統(tǒng)研究了光子晶體自準直效應原理，討論了最大自準直角與等頻線的關系。分析了自準直虛擬波導的傳輸特性，并計算了入射角對虛擬波導傳輸性能的影響。
　?。?）提出并設計了自準直光束的T型、Y型以及1×3分束器。首先通過在正方晶格光子晶體中引入一個V型空氣

3、隙，設計了T型自準直光束分束器與1×3分束器。然后通過在三角晶格光子晶體中引入線缺陷，實現了自準直光束的60°彎曲；并通過引入V型線缺陷，設計了Y型自準直光束分束器與1×3分束器。目前自準直光束的分束形式單一，設計的T型與Y型分束器，使自準直光束有了更靈活的分束方式，以滿足不同情形的應用。設計的1×3分束器可以將自準直光束一次性分成三束，不但效率高于普通的兩個1×2分束器的組合，而且結構也更緊湊。
　　（3）優(yōu)化設計了基于空氣環(huán)光

4、子晶體的自準直光束偏振分束器。這種分束器可以通過選擇合適的內環(huán)與外環(huán)半徑，更為便捷地調節(jié)TE模與TM模的自準直頻率，提高偏振無關的自準直帶寬，因而具有更高的設計自由度，在設計階段可以根據情況靈活地調節(jié)參數以達到最佳的性能。
　　（4）研究了基于液晶材料與電磁感應透明材料光子晶體的可調自準直特性，并設計了自準直光開關。首先研究了液晶旋轉角對自準直頻率的影響，并基于液晶光子晶體的帶隙可調性和自準直特性，設計了自準直光子晶體光開關。然后

5、研究了基于半導體量子阱電磁感應透明材料光子晶體的可調自準直特性，并設計了基于電磁感應透明材料光子晶體的全光開關。
　　（5）成功實現了基于二維菱形晶格光子晶體的寬帶全角自準直、偏振無關的全角自準直以及自準直亞波長成像。首先計算了二維菱形晶格光子晶體的第一布里淵區(qū)及高對稱點，并對其平面波展開法做了詳細的推導。接著分析了菱形晶格光子晶體的帶隙特性，并討論了介質填充率、晶格角對帶隙特性的影響。然后，基于菱形晶格光子晶體的獨特性質，通過參