數(shù)值研究含有特異材料光子晶體的傳輸特性.pdf

1、由于特異材料奇異的電磁特性，在光子晶體中引入特異材料，會(huì)帶給我們很多新的規(guī)律和現(xiàn)象。利用這些新的特性可以制造新的光學(xué)器件。本文通過數(shù)值模擬和理論分析，研究了含特異材料光子晶體的傳輸特性。主要的研究?jī)?nèi)容及其研究成果有以下幾個(gè)方面：
　　(1)借助于 Maxwell方程，推導(dǎo)了適合于普通材料的一維光子晶體、含負(fù)折射率材料的一維光子晶體以及含單負(fù)材料的一維光子晶體的傳輸矩陣和色散關(guān)系式。并數(shù)值研究了普通一維光子晶體的色散特性和帶隙特性。

2、
　　(2)建立了含非線性kerr介質(zhì)缺陷層的物理模型，并對(duì)非線性部分進(jìn)行分層，然后針對(duì)此物理模型提出了兩種計(jì)算方法：子層逆向遞推傳輸矩陣算法和子層逆向迭代差分算法，并對(duì)兩種方法進(jìn)行比較，且驗(yàn)證了兩種方法的正確性。最后研究了各個(gè)參數(shù)對(duì)光學(xué)雙穩(wěn)態(tài)特性的影響，并對(duì)光學(xué)雙穩(wěn)態(tài)出現(xiàn)的原因進(jìn)行了深層次的討論。
　　(3)數(shù)值研究了由正折射率材料和負(fù)折射率材料交替組成的一維光子晶體的光學(xué)傳輸特性。結(jié)果表明在正入射時(shí)，正負(fù)交替一維光子晶體

3、的帶隙要比傳統(tǒng)的光子晶體要大的多，并具有狹窄的透射帶，可以用來制作窄帶濾波器。同時(shí)發(fā)現(xiàn)此光子晶體具有更好的角度特性，利用這一特征可以制造高品質(zhì)的寬帶全方位反射鏡。對(duì)正負(fù)交替的光子晶體引入缺陷，發(fā)現(xiàn)隨著缺陷厚度的增大會(huì)有新的缺陷模產(chǎn)生，缺陷模在帶隙中關(guān)于中心頻率鏡像對(duì)稱分布，且缺陷模的數(shù)目與缺陷層的厚度有一定的關(guān)系。這種特性對(duì)超窄濾波器設(shè)計(jì)方面有重要的參考價(jià)值。
　　(4)數(shù)值研究了具有色散性質(zhì)雙負(fù)材料的一維光子晶體的色散特性和透射

4、特性，包括周期數(shù)、厚度、折射率、入射角等對(duì)一維光子晶體的帶隙的影響。發(fā)現(xiàn)此光子晶體中存在兩種光子帶隙，一種幾乎不會(huì)隨入射角度的改變而改變，稱為全方位光子帶隙，另一種會(huì)隨入射角度的改變而改變，稱為布拉格帶隙。采用插入和替代兩種方式對(duì)排列整齊的光子晶體進(jìn)行摻雜，將會(huì)產(chǎn)生缺陷模式。兩種方式中的缺陷也采用兩種不同的性質(zhì)的材料，且改變?nèi)毕莸奈恢?，解決了如何在全方位帶隙中產(chǎn)生缺陷模的難題。且全向缺陷模具有對(duì)角度不敏感和極強(qiáng)的穩(wěn)定性，為全向?yàn)V光片的設(shè)

5、計(jì)提供了新的思路。
　　(5)數(shù)值研究了含單負(fù)材料的一維光子晶體的傳輸特性。首先研究負(fù)磁導(dǎo)率材料和負(fù)介電常數(shù)材料構(gòu)成的一維光子晶體異質(zhì)結(jié)構(gòu)的色散特性和帶隙特性，發(fā)現(xiàn)同樣存在全方位帶隙。當(dāng)引入正折射率缺陷時(shí)，全方位光子帶隙里的局域態(tài)將隨入射角度、單元介質(zhì)厚度同比例縮放的變化相對(duì)穩(wěn)定；而布拉格帶隙里的局域態(tài)在頻譜域內(nèi)變化很大。當(dāng)引入單負(fù)材料時(shí)，發(fā)現(xiàn)引入負(fù)介電常數(shù)材料會(huì)對(duì)帶隙產(chǎn)生影響，負(fù)磁導(dǎo)率材料基本上對(duì)帶隙不起不作用。構(gòu)造了一種由負(fù)磁