一维光子晶体禁带及缺陷模光学特性的研究

【摘要】：光子晶体是20世纪80年代末提出的新概念和新型人工微结构光学材料。光子晶体以光子禁带的存在为主要特征，其典型结构为折射率周期性变化的物体。一维光子晶体是光子晶体最基本的构型，其折射率在一维空间方向上呈周期性分布。一维光子晶体结构简单、易于制备，同时具备二、三维光子晶体的性质，极有可能成为全光通信领域中的关键材料，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、反射光相位及透射率随入射角的变化，阐述了完全光子禁带的概念。由计算结果分析讨论了一维光子晶体出现完全光子禁带与晶体结构和介质材料折射率的密切关系，高反射率情况下晶体结构对反射光相位的调制。通过数值模拟计算分析了光波在包含缺陷的一维光子晶体中的传播规律，与不包含缺陷的结构相比，在光子禁带中形成了缺陷模。缺陷模的位置、数目和透射率等特性不仅和缺陷的产生方式有关，还和缺陷的光学厚度、折射率、位置以及缺陷两侧晶体的周期数有关。在此基础上研究了入射角对单个缺陷模的调制，及多个缺陷模间的相互耦合作用。