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《曲阜师范大学》 2008年
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FDTD方法对二维光子晶体传输特性的研究

闫明宝  
【摘要】: 光子晶体是指由不同介质材料在空间呈周期性排列的新型光学结构,其主要特点就是存在光子带隙。一维光子晶体结构简单,影响光子带隙的可调因素少,尚不能满足应用的需要;三维光子晶体虽有重要应用,但是对制作技术要求苛刻,实际应用受到限制;相对地,二维光子晶体不仅用于控制光子带隙的可调因素多,而且在实验上容易制备,故有重要的应用前景。所以,对二维光子晶体的理论及应用研究仍是目前物理学、材料科学与光电子科学领域的热门课题之一。 本文应用时域有限差分方法对二维三角晶格结构光子晶体进行了研究,主要内容如下: 1.系统地介绍了光子晶体提出的背景、光子晶体的分类及其主要特点,并对光子晶体目前主要的理论研究方法和实验制作方法作了简单的介绍。概述了光子晶体的主要应用,明确了本文的研究目的。 2.简单介绍了时域有限差分方法的发展历程和应用领域;从麦克斯韦方程组出发,详细地推导了时域有限差分方程在直角坐标系中的表现形式;由已知各离散网格格点的介电系数,结合差分迭代方程,就可以精确地求出任意时刻空间电磁场的数值。 3.讨论了影响光子晶体传输特性的多种因素。计算发现:光子晶体的晶格结构、介质柱截面面积、柱体方位角都不同程度的影响光子带隙的宽度,在以上各因素不变的情况下,进一步研究了入射波方向改变时的透射特性,并与圆形介质柱情形相比较,结果都表明,随着入射偏转角的增大,在原带隙附近的高频段,透射率降低,甚至形成完全带隙,从而使得光子带隙变宽。 4.分别研究了在光子晶体中引入简单线缺陷、线掺杂及复合介质柱缺陷、复合介质柱掺杂时的传输特性,进一步讨论了复合介质柱缺陷和复合介质柱掺杂相结合时对光子带隙的影响,结果表明缺陷度愈大,掺杂物折射率越小,光子带隙越宽。 5.为了解光子晶体的负折射行为,数值模拟了高斯波束从自由空间垂直入射和斜入射到光子晶体平板后的折射现象,研究了其成像规律。结果证明了高斯波束在光子晶体和空气的交界面发生了负折射。对进一步理解光子晶体的负折射现象具有重要意义,并为该类晶体的实际应用提供了一定的理论依据。
【学位授予单位】:曲阜师范大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:O734

【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 赵艳;二维复合介质柱光子晶体传输特性的研究[D];曲阜师范大学;2010年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前6条
1 欧阳征标,许桂雯,孙一翎,张登国,阮双琛,李景镇;光子晶体微谐振腔的调谐特性[J];光电子·激光;2005年04期
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3 刘念华;包含缺陷的一维光子晶体的多通道滤波与宽带滤波[J];江西教育学院学报(自然科学);2002年03期
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中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 许连强;二维三角晶格光子晶体带隙及波导特性的数值研究[D];曲阜师范大学;2007年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 钱祥忠;新型光子晶体调谐滤波器的研究[J];半导体光电;2005年05期
2 汤炳书;沈廷根;;二维光子晶体透射特性的FDTD数值研究[J];半导体光电;2006年01期
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1 孙雪铮;光学薄膜中超棱镜效应的研究[D];浙江大学;2008年
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2 臧克宽;光子晶体光通信器件的理论模拟及全息制作研究[D];郑州大学;2011年
3 李大海;缺陷态一维光子晶体液体传感器及Fibonacci准晶光子晶体的研究[D];郑州大学;2011年
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8 王旭东;一维光子晶体光学传输特性的数值研究[D];曲阜师范大学;2004年
9 宁学峰;一维光子晶体带隙结构及缺陷模的数值研究[D];曲阜师范大学;2005年
10 耿继国;一维光子晶体禁带结构及缺陷模耦合特性研究[D];曲阜师范大学;2006年
【同被引文献】
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5 池灏,曾庆济,姜淳;光子晶体光纤的原理、应用和研究进展[J];光电子·激光;2002年05期
6 郝清海;许玉龙;苏希玉;王梅;;含非线性缺陷的光子晶体异质结构中的光学响应[J];激光技术;2007年01期
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10 程旭攀;曹全喜;;二维圆柱形光子晶体的完全禁带研究[J];物理学报;2008年05期
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1 任宏亮;二维光子晶体光通信功能器件的结构设计和性能研究[D];上海交通大学;2008年
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1 王身云;光子晶体电磁特性分析与大带隙结构设计[D];南昌大学;2007年
【二级参考文献】
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9 闫敦豹,付云起,张国华,高强,袁乃昌;EBG结构在微带天线阵中的应用[J];微波学报;2005年S1期
10 快素兰,章俞之,胡行方;光子晶体的能带结构、潜在应用和制备方法[J];无机材料学报;2001年02期
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1 荣垂才;二维光子晶体带隙与缺陷模特性的FDTD数值研究[D];曲阜师范大学;2006年
2 石宗华;光子晶体的光学传输特性研究[D];曲阜师范大学;2006年
【相似文献】
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1 张臣;;新型光学材料——光电子材料[J];电子元器件应用;2002年11期
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5 ;光学材料 光学晶体、液晶[J];中国光学与应用光学文摘;2006年03期
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10 易小菊;控制光子的“半导体”——光子晶体[J];湖南大学学报(自然科学版);2003年S1期
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10 李丽萍;我国社会团体登记制度研究[D];中国政法大学;2005年
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