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缺陷态一维光子晶体液体传感器及Fibonacci准晶光子晶体的研究

李大海  
【摘要】:1987年,E.Yablonovitch和S.John分别独立提出了光子晶体的概念。光子晶体是人工晶体结构,由不同的介质材料(介电常数不同),以周期方式排列而成的。1991年,Yablonovitch通过实验制作出了第一块具有完全光子频率禁带的三维光子晶体。光子晶体的研究开始突飞猛进。光子晶体是介电常数不同的介质在一维、二维或三维空间呈周期性排列形成的结构。而一维光子晶体由于其易于制备,以及对能够更好的掌控在其中传播的光波的模式,使其受到了科研人员的广泛关注。 1论文在绪论部分介绍了一维光子晶体的结构、特性、国内外研究现状,以及在光子晶体传感器方面的应用及存在的问题。 2分析了常见的用于光子晶体理论计算的运算方法,对比了各种方法的优劣性,并确定采用传输矩阵法作为本文研究一维光子晶体特性的方法。 3构建一维光子晶体模型,运用传输矩阵法,利用MATLAB进行数值计算和模拟,对一维光子晶体晶格周期,介质的介电常数,介质的填充因子(对禁带中心频率的位置、对禁带宽度)等参数对一维光子晶体传输特性的影响,进行了数值模拟和总结分析。 4构建缺陷态一维光子晶体,并利用MATLAB模拟计算了随缺陷层厚度、填充因子变化时反射谱及缺陷模的变化规律。并根据改进模型和总结的反射谱及缺陷模的变化规律设计了缺陷态一维光子晶体液位传感器和缺陷态一维光子晶体液体折射率传感器,给出了传感器的敏感度。 5运用Fibonacci序列结构构造一维准晶光子晶体,运用MATLAB编程计算,得到模拟的一维准晶晶光子晶体光学传输特性。并对比Fibonacci一维准晶光子晶体与经典周期性一维光子晶体的带隙变化情况。为准晶光子晶体的研究提供了一定的方法和经验。


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