增益一维光子晶体的传输特性研究

【摘要】：光子晶体是近年来出现的一种新的光学材料,它是由不同折射率的介质周期性排列而成的人工结构,以光子禁带的存在为主要特征,具有能够抑制自发辐射和控制光传输等特性,在光通讯、微波通讯、集成光学等领域有重要的应用前景,因此具有较高的理论意义和广泛的应用价值。 本论文的主要内容如下: 1.第一章系统地阐述了光子晶体产生的历史背景,物理基础及其主要特征。对光子晶体的制备方法、理论研究方法做了分析比较。列举了光子晶体的几个应用领域和目前光子晶体的几个主要领域,明确了本论文的研究目的。 2.第二章从麦克斯韦方程出发,推导了光在光子晶体中传播的基本微分方程和一维光学传输矩阵理论。该理论计算量小,精确度高,可以用来计算光子晶体的能带特性。 3.第三章讨论了介电常数负虚部对一维光子晶体能带的影响。 (a) 介电常数为实数的光子晶体的能带特性。 选取常规材料构造光子晶体模型,运用传输矩阵法,进行模拟计算。结果表明,在基频ω_0的奇数倍处出现禁带,该位置的透射曲线水平,几乎没有透射;在基频ω_0偶数倍处禁带消失,透射率在0与局域极大值之间振荡。这与相关文献给出的结论是一致的。没有发现增益现象。 (b) 掺入激活杂质的传输特性分析 当在介质中掺入激活杂质,即介电常量具有负的虚部时,将出现较强的受激辐射放大,而且受激辐射放大最容易出现在光子禁带边缘。随着光子晶体层数增加,受激辐射逐渐增强: 4.第四章讨论了双周期一维光子晶体的透射特性。 (a) 光子晶体长度对构造结构为(A_nB_m)~N双周期光子晶体的影响 研究发现,随着周期数的增加,带隙中对应的透射峰个数也是逐渐增加的。此外,我们还惊奇的发现对应任意一个周期N,可以得到N-1透射峰。还可以看到随着N的增加,各通道之间的间隔在减小;