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《南昌大学》 2019年
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声光子晶体中声光同步自准直效应的研究

谭怡翔  
【摘要】:在微纳尺度上同时操控声光,以实现声光集成调控及增强声光耦合,这已成为了新的研究热点。当前的实现方式聚焦于在同一微纳结构中形成声及光的双重带隙;但从另一角度看,特殊的能带结构能产生异常色散,对声光可实现另类不同于基于带隙的高效调控。自准直效应就是一种位于通带的异常色散现象,它的产生源自平直的等频线,其主要特征是电磁波或声波(弹性波)能够沿某一确定方向无衍射直线传播。与带隙型波导不同,自准直效应不依赖带隙和缺陷,不需要精确对准,对入射角度有一定的容差,能够在低填充比和低折射率比的情况下产生。因此,利用自准直效应实现的声或光的波导在控制电磁波和声波(弹性波)方面展现出了很大的优势。但是,在以往的研究中,光子晶体和声子晶体的自准直效应都是被独立研究的,同时实现声光自准直效应的研究尚未展开。显然针对这一集成声光操控方法的探索不仅可以克服带隙应用的固有缺陷,同时也将大大拓展声光子晶体的应用范围,是声光子晶体的研究与应用中必不可少的组成部分,因此是十分必要和有益的。本论文首次提出声光同步自准直效应这一概念,并利用有限元法对其进行了模拟计算,主要包括以下内容:一、研究了二维声光子晶体中的声光同步自准直效应,并基于此实现了声光同步虚拟波导。研究结果表明,利用特殊构建的无缺陷的声光子晶体,能够同步实现声和光的自准直效应,即使在低折射率比和低填充比的条件下该现象依然存在。此外,声光同步自准直效应对入射角度有一定的容差,即使以一定角度斜入射也能保持高效率的声光传输。通过结构设计,能使声光同步弯曲,从而实现对声光传输路径的同步控制。二、验证了平板声光子晶体中的声光自准直波导。研究表明,平板结构中同样也能实现声光同步自准直波导。三、研究了二维声子晶体中的面外弹性波(SH波)的自准直现象。研究表明,声子晶体中存在SH波的自准直效应,准直方向不唯一且传输路径同样可控。本论文研究结果在同时操控声光方面提供了全新的思路,并且克服了基于带隙操控声光的固有缺陷,为集成声光器件的设计、声光调制以及高度可控的声光相互作用等方面提供了新的平台,具有重要的科学意义和潜在的应用价值。
【学位授予单位】:南昌大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:O735

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