可调谐光子晶体滤波器

【摘要】：光子晶体作为一种新型光学材料,它是一种介电常数在空间呈周期性排布的新型微结构材料,光子晶体由于具有独特的光子带隙结构而被称为光半导体。同时,由于其具备的两大标志性物理特性:光子带隙与光子局域特性,光子晶体可以实现对电磁波调制与滤波的目的。人们通过人为的引入缺陷态,打破其原有的周期晶格结构,可以实现一些预期的目标,如本文中应用到的一个窄带的滤波特性,其功能犹如一个“滤波器”。并且随着现在制备工艺水平的大幅度提高,光子晶体波导、光子晶体微腔、光子晶体光纤等已经广泛的应用在了全光信息处理领域。同时,由于其具有灵敏度高、损耗低、反应迅速等特点,使得光子晶体在生物传感领域获得占据一席之地的机会。近些年来,可调谐的光学材料得到了越来越广泛的关注与研究,一些纳米级、容易制备和集成、应用范围广的材料很受科研工作们的欢迎。基于以上基础,本文对基于砷化镓(GaAS)的二维光子晶体滤波器的光谱特性进行了分析研究,对其在生物传感领域应用的可能性做了深入探究。首先,介绍了光子晶体的基本概念,对光子晶体的主要特性进行了分析,对其加工制备方法进行了调查研究。其次,以麦克斯韦方程组、色散与群速为基础,对光子晶体的两大常用分析计算方法进行了学习与分析。然后,分析计算了基于砷化镓(GaAs)介质的两种缺陷态的二维光子晶体滤波器的光谱特性,对光子晶体的物理特性有了更深入的诠释。最后,在可调谐概念的基础上,研究了两种可以对光子晶体波导结构滤波器调谐的方式,为其在生物传感领域的应用探索理论可行性。