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一维光子晶体传输特性的研究

高艳  
【摘要】: 光子晶体是一种新型人工合成材料,其主要特点就是存在光子带隙。一维光子晶体在特定波长范围内对TE波和TM波来说,是一种从垂直入射到掠入射的全角度范围内都具有极高反射率的反射器,该波长范围就是一维光子晶体的光子禁带。这种介电常数呈周期性分布的材料可以改变在其中传播的光子的行为,由于光子晶体能够控制光在其中的传播,所以在光通信、微波通信等方面有着广泛的应用。近几年来,光子晶体已成为国内外的研究热点之一。 本论文的主要内容如下: 1.第一章系统地介绍了光子晶体产生的历史背景、物理基础及主要特点。并对光子晶体的制备方法、理论研究方法作了分析比较。列举了光子晶体的几个应用领域和目前光子晶体的主要研究方法,明确了本论文的研究目的。 2.第二章从麦克斯韦方程组出发,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。传输矩阵理论计算量小,精确度高,可以方便地计算一维光子晶体的能带特性。 3.第三章讨论了含负折射率材料一维光子晶体的能带特性,发现其透射峰随光子晶体周期数的增加迅速变窄,并进一步研究了含负折射率材料光子晶体的角度特性。 4.第四章利用光学传输矩阵法对由铁磁材料组成的一维光子晶体的能带结构进行了数值模拟计算。通过计算,发现铁磁光子晶体的带隙宽度随介质层厚度的增加是成非线性变化的。通过适当调节介质层的厚度可以构造宽禁带光子晶体,这为多通道窄带滤波技术的进一步发展提供理论基础。


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