收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

基于二维光子晶体狄拉克点的新型光局域模的特性研究

李茜  
【摘要】:光学微腔与波导是现代微纳光子器件的重要组成部分,是集成光学与全光通讯的重要基础。光子晶体一个非常重要的应用就是构建光学谐振腔与波导,进而通过谐振腔与波导这些基本单元的组合,形成耦合器、滤波器、功分器、微型激光器等一系列丰富多样的集成光学模块。传统的光子晶体微腔与波导实现光子局域的模式是基于全内反射原理,或者光子带隙。它们的共同特点是,电磁场强度在空间是按距离的指数函数衰减,这决定了传统的光局域模之间的相互作用是短程的。这不仅限制了谐振腔的空间布局,同时也限制了光学模块功能的拓展。本文研究了一种基于狄拉克点的新型二维光局域模,通过在光子晶体中引入缺陷形成微腔而实现。狄拉克模出现在光子带隙之外的狄拉克频率处,并且不依赖于全内反射,其电磁场强度按距离的代数函数1/r3/2衰减,其相位在两个分立的状态之间跳跃,显示出驻波的特征。狄拉克局域模是一种稳定的真束缚态,具有极高的品质因子。它不仅存在于狄拉克频率处,也存在于狄拉克频率周围的邻近频率范围内。当谐振频率偏离狄拉克频率时,由于模式的能量会泄漏到光子晶体的行波模式中而使品质因子有所降低,因此狄拉克模具有一定的带宽。狄拉克模幂律衰减的特性,不仅为实现光局域模提供了一种新的可选择的机理,同时也使模式间长程相互作用的实现成为可能。以时域耦合模理论为基础,本文研究了光子晶体谐振腔与波导的长程相互作用。在两个完全相同的谐振腔之间,狄拉克模的耦合系数按其间距的幂函数1/d3/2衰减。在谐振腔与波导之间,狄拉克模的耦合系数按其间距的幂函数1/d1/2衰减。以上的耦合特性均是由狄拉克模本身代数衰减的特性决定的。等离子体光子晶体也是近年来研究的一大热点。等离子体是一种频变介质,本文用平面波展开法结合非线性方程线性化的技术,推导出二维各向异性磁化等离子体光子晶体色散关系的求解公式。引入各向异性介质碲柱,有助于获得较大的完全光子带隙。本文首次计算出二维三角晶格和正方晶格各向异性等离子体光子晶体的完全带隙,并讨论了填充率、等离子体频率、外加磁场对其的调制特性。对基于光子带隙的等离子体光子晶体局域模的设计,以及具有大带隙的可调谐等离子体光子晶体器件的设计有一定的指导意义。本文也在等离子体光子晶体中发现了狄拉克模,其磁场强度是按距离的代数函数1/r3/2衰减的驻波形式,同样具有极高的品质因子,可达105,当共振频率偏离狄拉克频率时,品质因子会有所降低。通过改变碲柱的填充率、等离子体频率,以及等离子体回旋频率,可以得到可调谐的狄拉克点。当有平行于波矢的外加磁场时,由于Farady效应的产生,原本的狄拉克模会分裂为两个不同频率的左/右旋狄拉克模,这为基于狄拉克模的偏振分离器的设计奠定了理论基础。同时,由于左/佑旋狄拉克频率可通过外加磁场来进行调谐,这些性质可以用于指导和设计可调谐狄拉克模光子器件,具有较大的潜在应用价值。等离子体光子晶体中狄拉克模的特性研究,也将有助于挖掘狄拉克模在其他色散介质光子晶体中的特性。狄拉克点作为近年来光电子领域新兴的一个研究热点,不仅是对光学领域探索的拓展,也对发掘石墨烯、拓扑绝缘体等材料在狄拉克点附近的特性,有极大的应用价值。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前19条
1 孙晓燕;;提问不止一个角度[J];小学数学教育;2017年Z1期
2 周肇威,韦伯 ,李应刚;狄拉克当研究生时的活动[J];大学物理;1987年11期
3 张景勋;理论物理学研究中的开创性贡献——纪念狄拉克创建相对论性量子力学60周年[J];西北大学学报(自然科学版);1988年04期
4 ;狄拉克物理学奖[J];科学对社会的影响;1989年03期
5 曹南燕;;狄拉克:革新人类自然图象的一代宗师[J];自然辩证法通讯;1982年06期
6 敖犀晨;格雷厄·法密罗;;科学独行客:保罗·狄拉克[J];世界科学;2010年02期
7 王正行;狄拉克获诺贝尔奖的经过[J];现代物理知识;2001年06期
8 ;庆祝狄拉克八十诞辰[J];自然杂志;1982年10期
9 曹南燕;;狄拉克的科学思想[J];自然辩证法通讯;1982年02期
10 俞勇敏;费米—狄拉克统计的诞生[J];大自然探索;1988年01期
11 涂兴佩;;狄拉克:沉默是金[J];科学中国人;2019年02期
12 王田宇;;分析狄拉克谈理论物理的研究方式[J];经贸实践;2016年23期
13 萧如珀;杨信男;;物理学史中的八月 1902年8月8日:“反物质”的先知——狄拉克的诞生[J];现代物理知识;2010年04期
14 涂兴佩;;狄拉克:沉默是金[J];中国科技奖励;2017年09期
15 沈葹;;狄拉克理论创造的方法论[J];科学;1994年05期
16 美和;;狄拉克奖章[J];科学对社会的影响;1985年04期
17 蒋元方;L.K.Pandit;;狄拉克及其成就[J];物理教学;1986年12期
18 周为明;慧眼读世界——纪念狄拉克诞辰100周年[J];物理教师;2002年11期
19 程民治;沉醉于科学美的物理学大师──狄拉克[J];大自然探索;1999年03期
中国重要会议论文全文数据库 前6条
1 秦绪明;刘轶;徐京城;李小武;;碳硅烯的狄拉克锥起源:密度泛函和紧束缚理论的联合研究[A];中国化学会第29届学术年会摘要集——第36分会:纳米体系理论与模拟[C];2014年
2 王征飞;;Si(111)表面态的自组装:二维狄拉克材料的太赫兹等离子激元[A];中国化学会第30届学术年会摘要集-第四十分会:纳米体系理论与模拟[C];2016年
3 秦绪明;刘轶;迟宝倩;赵新洛;李小武;;二元二维材料A_xB_(4-x)(A,B=C,Si,Ge,x=1,3)狄拉克锥能带结构成因[A];中国化学会第30届学术年会摘要集-第四十分会:纳米体系理论与模拟[C];2016年
4 秦绪明;刘轶;迟宝倩;赵新洛;李小武;;石墨炔和碳硅炔的狄拉克锥成因[A];中国化学会第30届学术年会摘要集-第四十分会:纳米体系理论与模拟[C];2016年
5 吕劲;;硅烯与金属界面以及硅烯器件[A];中国化学会第29届学术年会摘要集——第36分会:纳米体系理论与模拟[C];2014年
6 彭海琳;;二维狄拉克电子材料的控制生长与光电性质[A];中国化学会第29届学术年会摘要集——论坛七:中新青年化学家论坛[C];2014年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 曹文冬;狄拉克半金属的第一性原理研究[D];清华大学;2017年
2 李茜;基于二维光子晶体狄拉克点的新型光局域模的特性研究[D];合肥工业大学;2017年
3 费付聪;拓扑绝缘体横向异质结与二类狄拉克半金属的生长与物性研究[D];南京大学;2018年
4 魏琳;新型二维狄拉克材料和半金属材料的第一性原理研究[D];山东大学;2018年
5 李晓;狄拉克材料的计算和理论研究[D];北京大学;2014年
6 张亢;铋基拓扑绝缘体和Cd_3As_2拓扑狄拉克半金属纳米结构的制备及其若干输运现象的研究[D];南京大学;2017年
7 刘进静;气体动力学欧拉方程组流近似下的狄拉克激波和真空[D];云南大学;2016年
8 张超;狄拉克材料的制备、表征及应用研究[D];山东师范大学;2016年
9 朱春辉;三维狄拉克半金属Cd_3As_2和单壁碳纳米管的超快载流子动力学研究[D];南京大学;2017年
10 付博;拓扑材料电子结构,输运性质及无序效应的理论研究[D];中国科学技术大学;2017年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 杨力;狄拉克模式光纤研究[D];华南理工大学;2018年
2 高汉峰;二维声子晶体中的狄拉克点及奇异特性研究[D];广东工业大学;2016年
3 张中杰;基于介质环形柱结构的二维光子晶体中狄拉克点的实现[D];中国矿业大学;2016年
4 徐洪亚;二维零质量狄拉克弹球中的手征量子疤痕[D];兰州大学;2014年
5 曹惠娴;几个二维声子晶体中的类狄拉克点色散关系研究[D];华南理工大学;2015年
6 张红红;狄拉克材料电子性质的第一性原理研究[D];湘潭大学;2017年
7 韩拴萍;光子辅助狄拉克电子的量子输运[D];山西大学;2013年
8 温菲;光子晶体中狄拉克点的调制[D];合肥工业大学;2017年
9 张家鑫;复合型狄拉克材料的制备及性质研究[D];山东师范大学;2016年
10 杨超;广义Chaplygin气体方程组的狄拉克激波与古典波的相互作用[D];云南大学;2016年
中国重要报纸全文数据库 前8条
1 记者 王怡;碳硅烯狄拉克锥成因获解[N];科技日报;2015年
2 记者 程曦;张首晟教授获国际理论物理学领域最高奖“狄拉克奖”[N];新清华;2012年
3 记者 吴苡婷;“唐氏理论”将如何改变世界[N];上海科技报;2012年
4 诺贝尔物理学奖得者 杨振宁;美与物理(上)[N];经济日报;2002年
5 记者 陈超;中日美联合研究小组实验证实狄拉克电子存在[N];科技日报;2018年
6 田发伟;美与物理学[N];人民日报海外版;2001年
7 江向东(中科院高能物理所副研究员《现代物理》编辑部副主编);科技大爆发的原动力——量子力学[N];中国教育报;2002年
8 杨建邺(华中科技大学物理系教授);绕过量子力学的陷阱[N];中国图书商报;2005年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978