光子晶體的異常色散特性及其應(yīng)用研究.pdf

1、光子晶體是通過對介電常數(shù)分布進(jìn)行周期性調(diào)制得到的人工材料。過去人們主要研究光子晶體的禁帶效應(yīng)，如用光子禁帶實現(xiàn)光子晶體激光器、直角拐彎光子晶體波導(dǎo)、點缺陷共振窄帶濾波器等。另一方面，如果合適選擇光子晶體的色散特性，光子晶體也可以用來實現(xiàn)例如超棱鏡、自聚焦、負(fù)折射、慢波等效應(yīng)。本論文著重研究具有異常色散特性的光子晶體結(jié)構(gòu)及它們的應(yīng)用，通過特殊設(shè)計光子晶體的色散特性，以獲得所需的性能。 全文分為六章。論文第一章介紹了本論文研究的背景

2、和當(dāng)前國內(nèi)外進(jìn)展。第二章介紹本文中用到的數(shù)值計算方法，包括平面波展開法，時域有限差分法和多重散射方法，另外還分析了光子晶體平板結(jié)構(gòu)的能帶、損耗和群速度異常等特性。第三章介紹了我們提出的基于多孔氧化鋁模板-銀納米線陣列的二維負(fù)折射光子晶體結(jié)構(gòu)和基于多光束干涉方法的三維負(fù)折射光子晶體結(jié)構(gòu)，這兩種負(fù)折射光子晶體均適用于可見光波段。多孔氧化鋁模板制備以及在氧化鋁模板中生長銀納米線是電化學(xué)過程，不涉及昂貴的實驗設(shè)備，制備過程簡單。多光束干涉光刻技

3、術(shù)可以以相對較低的成本得到大面積無缺陷的三維周期結(jié)構(gòu)。以往對這兩種結(jié)構(gòu)的研究主要關(guān)注禁帶特性，論文首次提出了它們的負(fù)折射特性。第四章我們提出了一種新的偏振分束原理，設(shè)計光子晶體的色散特性，使得其等效折射率對兩個偏振態(tài)分別表現(xiàn)為正值和負(fù)值，從而讓一個偏振態(tài)的光經(jīng)歷正折射，而另一個偏振態(tài)的光經(jīng)歷負(fù)折射，把兩個偏振態(tài)的光束分開。基于二維光子晶體設(shè)計了偏振分束器，并在近紅外波段進(jìn)行了原理性實驗驗證。第五章討論了光子晶體結(jié)構(gòu)在提高發(fā)光二極管抽取效