二維光子晶體的色散特性及調(diào)控機(jī)制研究.pdf

1、光子晶體有兩類(lèi)色散現(xiàn)象，一類(lèi)是空間色散，與單一頻率的電磁波相關(guān)，可以產(chǎn)生負(fù)折射、超棱鏡、自準(zhǔn)直等空間色散效應(yīng)；另一類(lèi)是時(shí)域色散，與眾多頻率的電磁波相關(guān)，又稱之為脈沖色散。光了晶體的脈沖色散達(dá)到最大時(shí)，其值相當(dāng)于普通單模光纖脈沖色散的兩個(gè)數(shù)量級(jí)。再加上光子晶體器件的尺寸小和重量輕等方而的優(yōu)勢(shì)，使得光子晶體的脈沖色散研究成為近兒年的熱點(diǎn)。本論文以光子晶體色散特性為研究對(duì)象，主要研究二維光子晶體中的色散特性和調(diào)控機(jī)制，主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下：

2、
　　 首先，闡述了光子晶體中的色散和金屬光子晶體的研究現(xiàn)狀及特點(diǎn)，詳細(xì)地介紹了用來(lái)處理光子晶體的數(shù)值計(jì)算方法，包括計(jì)算頻帶結(jié)構(gòu)的平面波展開(kāi)法、分析光子晶體色散特性的拋物線逼近法和最小二乘擬合法、用來(lái)仿真常規(guī)介質(zhì)和色散介質(zhì)的時(shí)域有限差分法。
　　 其次，理論和數(shù)值模擬研究了二維光子晶體的色散參數(shù)。建立了理論模型，詳細(xì)闡述和分析了光子晶體色散的形成機(jī)制和種類(lèi)。利用精度較高的樣條函數(shù)最小二乘擬合法分析光子晶體的能帶結(jié)構(gòu)，得到

3、了光子晶體的色散參數(shù)。引入頻率權(quán)重因子，利用時(shí)域有限差分法分析了各種因素對(duì)脈沖傳輸?shù)挠绊憽?br>　　 最后，研究了二維光子晶體的色散調(diào)控機(jī)制。通過(guò)對(duì)常規(guī)介質(zhì)光子晶體的圓柱半徑和介電常數(shù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)當(dāng)光子晶體的半徑和介電常數(shù)逐漸增加時(shí)，相應(yīng)的能帶結(jié)構(gòu)曲線下移，導(dǎo)致脈沖的中心頻率可能上移到更高的能帶上；相反，當(dāng)圓柱半徑和介電常數(shù)逐漸減少時(shí)，脈沖的中心頻率則有可能落在禁帶內(nèi)，導(dǎo)致脈沖不能在光子晶體中傳輸。此外，通過(guò)對(duì)不同嵌入半徑的嵌入式