一维光子晶体禁带结构及缺陷模耦合特性研究

【摘要】：一维光子晶体是光子晶体最基本的构型,因为其结构简单、易于制备,同时具备二、三维光子晶体的性质,因此具有较高的理论价值和广泛的应用前景。 本论文从一维光子晶体的结构特点出发,着重研究了有限周期一维光子晶体的光子禁带及缺陷模的光学特性。利用光学特征矩阵方法推导出了任意结构一维光子晶体的反射率、透射率公式,阐述了完全光子禁带的概念。计算分析了一维中间替代缺陷光子晶体的缺陷模特性,得出:“f”(禁带缺陷模对应频率)随“n_c”(缺陷介质层的折射率)的增加而线性下降,并数值模拟了它们的几何图形。根据f-n_c的对应关系提出了一种测量介质折射率的方法。研究了介质插层复折射率虚部的存在对透射谱特性的影响:随插层厚度的增大和吸收特性的增强,缺陷模式并没有出现,而是表现为对透射峰的明显增益。 通过数值模拟计算,分析了包含双缺陷的一维光子晶体的禁带结构特性。由于两缺陷间存在相互作用,其禁带结构的性质受到两缺陷间隔光学厚度及缺陷层折射率等因素的影响;模拟计算了缺陷模的简并与分裂,得到了光子晶体缺陷态能级分裂与简并的规律。定义了描述两缺陷层间相互作用强弱的参数——关联系数,并进一步分析了关联系数与两缺陷层间相隔光学厚度及缺陷层折射率的关系。在此基础上又研究了多缺陷一维光子晶体的禁带结构特性及多个缺陷模间的相互耦合作用,由于缺陷层间的相互耦合作用的存在,多缺陷一维光子晶体禁带结构中的缺陷模个数与引入的缺陷的个数相同。