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一维光子晶体带隙结构及缺陷模的数值研究

宁学峰  
【摘要】:光子晶体是具有光子带隙的一种新型光学材料,是二十世纪八十年代末出现的新概念,由于它能奇特的调节光子的运动状态,所以在光导纤维通讯和光子计算机等领域有着广泛的用途和潜在应用。例如光子光纤,它是九十年代发展起来的新光波导材料,光子晶体光纤和普通光纤相比,具有宽带单模特性、超大数值孔径、独特的色散性和超连续光谱等特性。因此,对光子晶体特性的研究及其应用开发,成为当今世界科研工作者研究的热点之一。 光子晶体的带隙结构是光子晶体的重要特性之一。因此,对于光子晶体的带隙及其光学传输特性的研究是对光子晶体进行基础性研究的重要内容。光子晶体根据空间结构不同,我们可以把它划分为一维光子晶体、二维光子晶体和三维光子晶体。由于三维光子晶体结构复杂,理论研究和制作都比较困难,所以对一维光子晶体的研究比较多,一些研究者认为一维光子晶体有可能成为未来通讯的新型材料,这些对于研究和设计二、三维光子晶体具有一定的指导意义。 本文综述了光子晶体的产生、结构、制造和可能应用,介绍了光子晶体最新的研究进展并从麦克斯韦方程出发推导了光子晶体的本征方程,对用于计算一维光子晶体的传输矩阵进行了推导,进而采用传输矩阵法分别数值模拟了一维二元光子晶体的带隙变化规律及光子晶体的带隙破缺随插入介质层的变化规律,最后详细研究了介质折射率对一维三元光子晶体带隙的影响,并对得出的结果进行了比较分析。


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