一維光子晶體的缺陷態(tài)耦合、色散及非線性特性的研究.pdf

1、光子晶體(photonic crystals)是介電系數(shù)周期變化的人工晶體.光子晶體的許多特性,如近帶邊大的光學(xué)色散、全方向的反射、光子局域化、光波導(dǎo)、低域值的諧振腔以及易于集成的優(yōu)點等使得光子晶體在光學(xué)邏輯回路、光波導(dǎo)器件及光學(xué)計算機領(lǐng)域都具有潛在的應(yīng)用價值.本文以一維光子晶體為對象,研究了光子晶體缺陷態(tài)的耦合、結(jié)構(gòu)色散、非線性效應(yīng)等物理問題,并取得了一定的進展.主要內(nèi)容包含以下幾個方面:第一章綜述了光子晶體的發(fā)展歷程、制作技術(shù)、基本

2、物理特性及其應(yīng)用.第二章總結(jié)了光子晶體的基本研究方法.詳細介紹和分析了用傳輸矩陣法、平面波展開法和時域的有限元差分法計算光子晶體的傳輸系數(shù)、帶結(jié)構(gòu)及態(tài)密度的方法和特點.第三章運用一維光子晶體的色散關(guān)系導(dǎo)出了在兩種介質(zhì)的光學(xué)厚度近似相等的條件下,光子的禁帶中心頻率及帶隙寬度的解析表達式.并且通過對帶結(jié)構(gòu)的計算分析了一維光子晶體帶隙的方向特性.第四章運用緊束縛近似方法和電磁場理論,建立了具有兩個缺陷的光子晶體缺陷態(tài)分裂的能級間隔與耦合系數(shù)的

3、關(guān)系.并且模擬計算了缺陷態(tài)頻率的簡并與分裂,得到了光子晶體缺陷態(tài)能級分裂的規(guī)律.第五章通過對有限周期和無限周期一維光子晶體等效折射率的數(shù)值模擬以及帶結(jié)構(gòu)的分析,對文獻報道中存在的兩種矛盾的等效折射率計算結(jié)果進行了理論的探討,提出了合理的見解.并且對一維光子晶體的低頻及帶邊雙折射特性進行了數(shù)值和理論的計算,得到了低頻近似下一維光子晶體對TE波和TM波的折射率方程.第六章從光子晶體的傳輸矩陣理論出發(fā),導(dǎo)出了摻雜飽和吸收非線性介質(zhì)光子晶體的缺