光子晶體及其負(fù)折射現(xiàn)象理論與特性研究.pdf

1、光子晶體是近幾年出現(xiàn)的通過對(duì)金屬或介質(zhì)介電常數(shù)分布進(jìn)行周期性調(diào)制而得到的人工陣列結(jié)構(gòu)。對(duì)于光子晶體，人們研究其禁帶效應(yīng)，并獲得了一些應(yīng)用，如用光子禁帶實(shí)現(xiàn)光子晶體激光器、直角拐彎光子晶體波導(dǎo)、點(diǎn)缺陷共振窄帶濾波器等。同時(shí)，電磁波在左手材料中的負(fù)折射現(xiàn)象因其奇特的傳播特性也引起了人們的廣泛興趣。如果合適選擇光子晶體的特殊色散特性，光子晶體也可以用來實(shí)現(xiàn)例如超棱鏡、自聚焦、負(fù)折射、慢波等效應(yīng)。本文主要研究了這兩方面的內(nèi)容：光子晶體及其負(fù)折射

2、現(xiàn)象，并重 點(diǎn)研究具有負(fù)折射特性的光子晶體結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用，通過特殊設(shè)計(jì)來利用光子晶體的負(fù)折射特性，以獲得所需的性能。 第一章，介紹了本論文研究的背景和當(dāng)前國內(nèi)外進(jìn)展。因光子晶體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，很難用簡單的方法直接分析。第二章，中給出了光子晶體的基本理論，以及人們常用數(shù)值計(jì)算方法。FDTD方法作為一種新的數(shù)值計(jì)算方法被應(yīng)用在光子晶體的帶隙結(jié)構(gòu)、缺陷模式、波導(dǎo)模式等計(jì)算中。為了光子晶體的廣泛應(yīng)用，必須得到大帶隙的光子晶體。隨后我們研究了光子

3、晶體結(jié)構(gòu)對(duì)禁帶的影響，并對(duì)光子晶體在應(yīng)用方面的前景作了簡要論述。第三章，給出了負(fù)折射的相關(guān)概念，并詳細(xì)分析了光在負(fù)折射介質(zhì)中的特殊傳播現(xiàn)象。第四章是研究的重點(diǎn)，文中結(jié)合光子晶體帶隙圖和等頻率線(面)圖，分析了二維光子晶體中出現(xiàn)負(fù)折射現(xiàn)象的條件，得出了負(fù)折射現(xiàn)象出現(xiàn)的頻率范圍，并采用有限時(shí)域差分法模擬了光在光子晶體界面和內(nèi)部的傳輸行為，驗(yàn)證了在以上理論所給出的負(fù)折射出現(xiàn)的頻段，能夠觀察到明顯的負(fù)折射現(xiàn)象。在此基礎(chǔ)上，比較了不同介質(zhì)、不同晶