二維周期性光子學(xué)微結(jié)構(gòu)的場增強(qiáng)與光局域效應(yīng).pdf

1、具有亞波長特征尺度的周期性光子學(xué)微結(jié)構(gòu)是目前國際光學(xué)研究領(lǐng)域的前沿和熱點(diǎn)之一。類似于半導(dǎo)體材料對電子傳輸具有調(diào)控作用，周期性光子學(xué)微結(jié)構(gòu)由于具有周期性空間折射率分布，因此對其中傳播的光波也具有調(diào)控作用，故而利用周期性光子學(xué)微結(jié)構(gòu)可以對光場的能量傳遞等進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)光學(xué)信息的傳遞、提取、處理、放大、探測、傳感等應(yīng)用，在光通信、光計算和超快速信息處理等領(lǐng)域都具有非常重要的應(yīng)用前景。本論文的主要研究對象為二維周期性光子學(xué)微結(jié)構(gòu)，具體為通過

2、應(yīng)用多種數(shù)值模擬算法，對二維光子晶體薄板和二維弱調(diào)制光子晶格的基本光學(xué)性質(zhì)以及光傳輸特性進(jìn)行理論模擬研究，分析得到這些微結(jié)構(gòu)所具有的特殊的光場調(diào)控特性，從而為控制光傳輸和研究新型光子器件提供一定的理論指導(dǎo)。論文具體內(nèi)容包括：
　　 首先，我們介紹研究過程中會用到的幾種數(shù)值計算方法的基本概念以及在計算過程中的程序或軟件實(shí)現(xiàn)，其中包括用于計算周期性光子學(xué)微結(jié)構(gòu)中光子帶隙及Floquct-Bloch模式的平面波展開法，用于研究二維光子

3、晶體薄板中光傳輸透過率以及薄板泄漏模式性質(zhì)的有限時域差分法以及用于研究二維光子晶格中光傳輸性質(zhì)的光束傳播法等。
　　 其次，我們通過對二維砷化鎵光子晶體薄板中的光傳輸透射譜進(jìn)行模擬分析，得到光子晶體薄板的泄漏模式的變化規(guī)律及其具有的場增強(qiáng)效應(yīng)：通過調(diào)節(jié)薄板結(jié)構(gòu)參數(shù)，可以調(diào)控其泄漏模式的振蕩頻率所在位置；利用這一性質(zhì)，通過調(diào)節(jié)泄漏模式振蕩頻率與發(fā)光材料吸收譜和發(fā)射譜相重合，利用光子晶體薄板泄漏模式的場增強(qiáng)效應(yīng)，可以實(shí)現(xiàn)置于光子晶體

4、薄板表面的發(fā)光材料的熒光發(fā)射增強(qiáng)。
　　 最后，我們系統(tǒng)地研究了兩種二維光子晶格——正弦型和脊背型周期結(jié)構(gòu)的光學(xué)性質(zhì)，利用平面波展開法我們數(shù)值求解得到了它們的FB本征模式帶隙結(jié)構(gòu)：之后利用波傳播法我們研究了隨著晶格折射率調(diào)制度的增大，兩種晶格結(jié)構(gòu)的線性光傳輸特性的演化趨勢。研究表明，隨著晶格折射率調(diào)制度的增大，晶格的FB本征模式的帶隙結(jié)構(gòu)逐漸變平，且光波在晶格中傳播時的離散衍射效應(yīng)受到抑制。當(dāng)折射率調(diào)制度高于一定值時（如四方晶格