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一维光子晶体结构的理论研究

赵凤娇  
【摘要】:光子晶体是一门正在蓬勃发展的新学科,它从八十年代提出至今已经取得了很大的成就,它的出现引起了学术界和科学技术领域的广泛重视。但是随着时间的推移,光子晶体的这种简单的周期结构已经很难满足日益增长的需求,于是有光量子阱结构的出现。光量子阱是一种光子晶体插到另一种具有不同能带结构的光子晶体中所构成的,由于阱区和垒区的能级不同,使得光子在光量子阱结构中的状态具有特殊的光子性能。 本文选择了一维光子晶体结构为研究对象,在此基础初上又研究了一维光子晶体光量子阱结构,加以轴向应力分析它的透射谱线的情况。 首先,文中回顾了麦克斯韦方程组,因为它的建立预见了电磁波的存在并且为光子晶体的出现打下了坚实的基础。接着详细介绍了光子晶体、负折射率材料、光量子阱和介观压阻效应研究的国内外发展现状。 其次,文中通过对麦克斯韦方程组微分形式和积分形式的分析,推导出电磁波在介质中传播时电场强度和磁感应强度的波动方程。接着详细介绍了光子晶体的基本概念、分类、物理特征、理论分析方法、制备方法和应用。 再次,文中根据光子晶体中理论分析方法之一的传输矩阵法推导一维光子晶体的传输特性。接着建立一个二元一维光子晶体理论模型来分析它的反射谱线,通过保持一种介质厚度不变,增大或减小另一种介质的厚度,其最终结果明显不同。 第四,文中详细给出光量子阱的概念,接着建立了一维光量子阱结构的模型并且对它进行了数据模拟和分析,同时也对含负折射率材料的一维光量子阱结构的透射特性进行模拟和分析。 最后,文中详细给出了应力和应变的概念和分类,接着给出共振隧穿结构及其工作原理,经过计算和推理得出轴向应变对双势垒结构共振隧穿的影响。通过建立适当的模型计算和分析光子晶体的透射情况得到介观压光效应并给出衡量这种效应的强弱的压光系数。 综上所述,本文是在介观压阻效应的基础上,建立适当的模型来计算和分析光子通过特定结构的光子晶体的透射情况来得到介观压光效应。


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