广义光子晶体器件设计及其导光特性研究

广义光子晶体器件设计及其导光特性研究

作者:师大云端图书馆 时间:2015-06-22 分类:期刊论文 喜欢:3865
师大云端图书馆

【摘要】光子晶体自提出之日起就备受关注,其周期性的介电质结构使在其中传播的电磁波模态具有频带效应,并可以导致光子带隙的产生。当电磁波的频率恰巧落在禁带中时,电磁波将无法穿透该种介质,这种特性为有效操控电磁波行为提供了新的方法。随着对光子晶体研究的不断深入,人们发现光子晶体的导带也有众多妙用。由于光子晶体导带某些特殊的色散关系的存在,在一定频率范围内的电磁波会表现出不寻常的传播行为,如超棱镜效应、负折射效应、自准直效应等。这些效应在光集成、高密度光存储以及高灵敏度生物传感器等领域有着巨大的潜在应用价值。近年来,光子晶体色散特性与应用潜力的研究受到了高度重视,例如《科学》杂志选择负折射研究为2003年的十大科技成果之一。光子晶体的发展和应用将对未来的光电技术发展会产生难以估量的影响。虽然人们对于光子晶体及其光学特性已经进行了大量的研究,但是这些研究大多数是针对标准类型光子晶体的,而对于其它广义光子晶体的研究依然不够完善。广义光子晶体以其丰富的空间变化提供了更多的研究内容。广义光子晶体包括周期性的光子晶体、渐变光子晶体、准周期光子晶体、非晶光子晶体等。本文主要提出了几种新型的渐变光子晶体,研究了这些光子晶体的特性,并用已知的和新提出的渐变光子晶体设计了多种光子晶体器件,利用平面波展开法和时域有限差分法进行了仿真模拟。之后利用双光束两次曝光法制备常规正方光子晶体,并利用制备的光子晶体提高了LED的发光效率。本文的研究重点主要体现在以下两个方面:1.渐变光子晶体的研究常规光子晶体的性质研究已经比较成熟,然而广义光子晶体,尤其是渐变光子晶体的研究和器件设计方面依然有很大的研究空间。从第三章到第五章,主要提出了几种新型渐变光子晶体并研究了其光学特性,设计了多种光子晶体器件。在第三章中,利用辐射型渐变光子晶体设计了一种新型的光子晶体分束器。这种分束器是由关于横轴对称的两个完全相同的1/4圆弧的辐射型光子晶体构成。为了提高分束器的透射率,加入了正方自准直光子晶体结构。通过增大自准直光子晶体的缺陷,光子晶体分束器总的透过率得到了很大的提升。而且这种光子晶体分束器系统可以很方便地调节分束比。辐射型渐变光子晶体分束器在光集成方面有很大的应用潜力。第四章提出了一种新型的圆形渐变光子晶体,这种新型渐变光子晶体是二维常规光子晶体的一种变形结构,并且主要考虑了这种圆形渐变光子晶体的导通性质。这种新型的圆形渐变光子晶体可以实现光的不对称传输以及具有频率选择的光耦合器。由于圆形渐变光子晶体的方向禁带,从一个方向传播的光能够透过光子晶体,而从另一个方向传播的光则无法通过光子晶体。我们将两个方向透射过光子晶体的光强之差与光强之和的比定义为对比度,利用对比度来衡量光子晶体不对称传输的能力。利用这种结构,在数值模拟上实现了光的不对称传输,并得到了更高的对比度。由于这种圆形渐变光子晶体在特定频率范围内的光聚焦现象,透过圆形渐变光子晶体的光被汇聚到光子晶体波导中,并得到了一个很高的耦合效率。当改变圆形渐变光子晶体的参数时,透射率的峰值对应的频率会改变,从而使光耦合器具有频率选择效应。第五章提出了一种新的渐变光子晶体结构,这种光子晶体结构不包含非线性及各向异性材料,是通过改变常规光子晶体横向和纵向两个方向的介质柱半径得到的。由于正方渐变光子晶体的方向禁带和自准直作用,从一个方向传播的光能够透过光子晶体,而从另一个方向传播的光则无法通过光子晶体。利用这种结构,在数值模拟上实现了光的不对称传输,并得到了更高的对比度。2.利用双光束两次曝光法制备光子晶体提高LED的发光效率LED以其低功耗、长寿命、体积小的特点,成为绿色节能的新型照明器件,然而由于LED的光提取效率低,使LED的寿命缩短,并造成了大量的能量损耗。光子晶体作为一种提高LED发光效率的有效手段,成为了目前研究的热门之一。全息干涉技术制备光子晶体以其制备迅速、一次成型、成本低等特点使得低成本实现高出光率光子晶体LED制作成为可能。在第六章,提出了利用双光束两次曝光制备光子晶体的方法,这种方法光路简单,易于调节,并且一次成型,以532nm可见光为光源,这种光源更易获得,并且在平台搭建和光路调节方面更具优势,配制了感光波长在532nm的光刻胶,成功制备占空比为1:1的二维正交光子晶体,并将光子晶体制作于GaN蓝光LED的ITO层中,使LED的发光效率提高了20%-27%。对于光子晶体提高LED发光效率的研究仍然需要改进和完善,但这种制作光子晶体的系统的设计,工艺简单,造价低廉,适合进行产业化生产。综上所述,本文不仅提出了多种渐变光子晶体结构,研究了渐变光子晶体的光学特性,而且利用渐变光子晶体设计了多种光学器件。在论文的最后,提出了双光束两次曝光法制备正方光子晶体,并利用制备的光子晶体提高了LED的发光效率。本文所得结果对于光学集成及能源利用具有重要的参考价值。
【作者】王林辉;
【导师】连洁;杨修伦;
【作者基本信息】山东大学,光学工程,2014,博士
【关键词】光子晶体;渐变光子晶体;光子晶体分束器;不对称传输;光耦合;双光束两次曝光法;LED光提取效率;

【参考文献】
[1]毛凯.组式高压电场测量和安全距离报警系统研究[D].重庆大学,电气工程(专业学位),2014,硕士.
[2]孙炜玮.基于浙江地区的乡村景观营建的整体方法研究[D].浙江大学,建筑设计及其理论研究,2014,博士.
[3]杨帆.增益钳制半导体光放大器频率响应特性研究[D].华中科技大学,光电信息工程,2013,硕士.
[4]董安生,张保华.缺失的合同效力规则——论关联交易对传统民法的挑战[J].法学家,2007,03:59-66.
[5]张程源.基于GPRS的车辆定位系统的研究[D].长安大学,交通信息工程及控制,2013,硕士.
[6]刘海军.中学语文教学中激情教学艺术的研究[D].杭州师范大学,语文教育(专业学位),2011,硕士.
[7]詹一.浙江省居民健康期望寿命及其纵向比较研究[D].宁波大学,流行病与卫生统计学,2013,硕士.
[8]壮荣.安氏Ⅱ~1类错牙合拔牙矫治后牙弓形态变化的计算机辅助分析研究[D].第四军医大学,口腔临床医学,2014,硕士.
[9]张会敏,王如日,宋宝琳.节能减排视角下区域经济发展思路探讨[J].广西财经学院学报,2015,01:1-4.
[10]翟红艳.胱抑素C和β2微球蛋白在2型糖尿病早期肾病诊断方面的研究[D].桂林医学院,内科学,2012,硕士.
[11]党建武,闫光辉.DW应用研究与实践[A].中国科学技术协会、四川省人民政府.加入WTO和中国科技与可持续发展——挑战与机遇、责任和对策(上册)[C].中国科学技术协会、四川省人民政府:,2002:2.
[12]樊晨.X家族企业市场营销策略研究[D].兰州大学,工商管理(专业学位),2013,硕士.
[13]郑军.高速公路隧道LED照明智能控制与节能优化研究[D].北京交通大学,2014.
[14]谢佳峻.IL-17F基因多态性与慢性阻塞性肺疾病相关性研究[D].广西医科大学,呼吸内科学,2013,硕士.
[15]陈峰.以价值网协调人为核心的供应链管理研究[D].南京工业大学,2004.
[16]于淼.基于过伸位CT探讨骨质疏松性椎体压缩骨折的临床分型和术式选择[D].广州中医药大学,中医骨伤科学(专业学位),2014,博士.
[17]谭晓薇.精力分配模型下口译员非语言素质能力培养[D].内蒙古大学,翻译,2014,硕士.
[18]姚华堂.往复式压缩机故障诊断专家系统知识库构建与系统实现[D].浙江工业大学,化工过程机械,2004,硕士.
[19]辛颖.联化公司人力资源开发研究[D].天津大学,工商管理,2004,硕士.
[20]赵维明.普通高校大学生体育课堂问题行为研究[D].北京体育大学,体育人文社会学,2011,硕士.
[21]张如意.Nischarin蛋白及其下游信号分子在大鼠脑发育过程中的表达及意义[D].浙江大学,免疫学,2014,硕士.
[22]杨冬,周华春,张宏科.基于一体化网络的普适服务研究[J].电子学报,2007,04:607-613.
[23]王健雄.标志设计中图形的动态化研究[D].西南交通大学,工业设计工程,2014,硕士.
[24]刘夺奎.β-环糊精与分散染料的包合及其对染色性能的影响[D].天津工业大学,纺织化学与染整工程,2004,硕士.
[25]潘沁.基于石墨烯改性的锂(钠)离子电池负极材料与正极材料的研究[D].浙江大学,2014.
[26]王兴中.空间集聚经济与西部城镇密集区的发展[D].广西师范大学,国民经济学,2003,硕士.
[27]周兴.西安地区北朝至隋镇墓类俑研究[D].西北大学,考古学及博物馆学,2013,硕士.
[28]熊杰,关伟,黄爱玲.社区公交接驳地铁路径优化研究[J].交通运输系统工程与信息,2014,01:166-173.
[29]丁文兵.中央企业集团公司治理结构与治理机制研究[D].北京交通大学,2014.
[30]傅笛涛.个人住房按揭贷款风险防范研究[D].西南财经大学,2005.
[31]王京京.桔小实蝇对常用杀虫剂的敏感性及其3种解毒酶酶学特性研究[D].西南大学,农业昆虫与害虫防治,2013,硕士.
[32]陈启宏,费树岷,宋爱国.遥操作机器人系统带记忆的鲁棒反馈控制[J].控制与决策,2004,05:538-541+545.
[33]金冰洁.经口内镜下肌切开术(POEM)治疗贲门失弛缓症20例疗效及随访[D].山东大学,内科学(专业学位),2013,硕士.
[34]胡巍.含孔弹性体二维应力集中问题研究[D].南京航空航天大学,工程力学,2013,硕士.
[35]丰树礼.大型梁柱复合式龙门电火花机床设计研究[D].广东工业大学,机械制造及其自动化(专业学位),2014,硕士.
[36]姚庆.圆明园建筑遗址保护研究[D].河北师范大学,中国古代史,2014,硕士.
[37]刘鹏.运用思维导图促进学习者进行有效学习的研究[D].扬州大学,教育技术学,2011,硕士.
[38]梅胜兰.参麦注射液后处理对大鼠心肌缺血再灌注损伤的影响[D].桂林医学院,麻醉学,2012,硕士.
[39]孙伟.关联时滞大系统的时滞相关镇定[D].青岛大学,系统理论,2013,硕士.
[40]栾丽英.油菜素内酯和脱落酸对酿酒葡萄花色苷调控及葡萄酒品质影响的研究[D].西北农林科技大学,葡萄与葡萄酒学,2014,博士.
[41]胡圣武,潘正风,王新洲,陶本藻.地理信息系统不确定性的研究[J].测绘通报,2004,09:13-16.
[42]侯一鸣.基于STM32的V.35/E1转换及管理模块的设计与实现[D].北京交通大学,2014.
[43]曾天成.3MW富氧燃烧中试系统控制策略研究[D].华中科技大学,热能工程,2012,硕士.
[44]唐宏宝.变频器用高性能开关电源的设计[D].南京理工大学,控制工程,2013,硕士.
[45]赵进龙.RFID中间件中阅读器冗余处理方法及数据过滤策略研究[D].兰州理工大学,通信与信息系统,2013,硕士.
[46]王春桥.大佛寺矿走向高抽巷瓦斯抽采参数优化研究[D].西安科技大学,安全工程,2013,硕士.
[47]倪丽杰.聚氨酯基阳离子亲水性氨基有机硅柔软剂的制备及应用[D].武汉纺织大学,纺织化学与染整工程,2013,硕士.
[48]王开阳.加减滤波器干涉仪的Fano谐振特性研究[D].哈尔滨工业大学,物理电子学,2014,硕士.
[49]贾智强.拉莫三嗪预防外伤后癫痫发生的临床研究[D].山西医科大学,神经病学,2013,硕士.
[50]方杰.加工中心载荷测试技术与载荷谱编制方法研究[D].吉林大学,机械制造及其自动化,2014,硕士.

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