局域掺杂光子晶体缺陷模透射峰的仿真及分析

【摘要】光子晶体作为既能够控制其内部辐射模式，又对外部激励场具有特殊影响的人工晶体材料，它的出现已成为电磁场理论、纳米技术、微电子技术和光信息技术等领域共同关注的研究热点。目前，异质镜像三周期光子晶体(MTPPCH)的光学传输特性的理论研究尚不多见，该结构比异质双周期结构所具备的优势也不明确。为了对该结构光子晶体的诸多特性有更好的了解以便更好的应用于光电信息领域的各个方面，本文采用一维介电体系中处理光传播的方法——传输矩阵法，结合Matlab和Origin软件编程，进行了关于MTPPCH的创新性研究，开展了以下研究工作：(1)广泛检索了国内外关于光子晶体及含缺陷层光子晶体光学特性研究的相关文献，了解到由于一维光子晶体制备技术及工艺相对成熟，关于一维异质双周期光子晶体(AB)N及其掺杂的光学特性的研究及应用很多，但是很少有文献提及对一维异质三周期光子晶体进行的理论研究及具体应用。本文首先建立了MTPPCH的模型，并确立了三周期光子晶体光子带隙及局域态的研究方向。(2)以光子晶体的基本方程麦克斯韦方程组及物质方程为基础，系统全面地介绍了光学常数与电学常数的关系及常见的光学现象。简要介绍了光子晶体的概念，结构特征、常用的分析方法以及制备技术；重点阐述了光子晶体的独特特性如光子带隙、Anderson光子局域效应、偏振特性以及光子晶体在这些方面的具体应用。(3)作为本文研究的理论基础，在简要叙述了异质结构、光子晶体周期、缺陷的概念及缺陷层的结构和分类之后，从讨论单层介质膜的特征矩阵出发，详细推导了周期性多层膜的特征矩阵，为讨论电磁波在光子晶体模型中的传输特性提供了数值分析基础。(4)通过建立物理模型，采用传输矩阵法并结合Origin软件及Matlab软件编程，重点对异质镜像光子晶体中无缺陷层和引入缺陷层D时，带隙的形成与周期数目、带隙及透射峰的数目与薄层厚度、带隙及透射峰的数目及位置与入射角大小之间的关系进行了仿真分析，得到一组该结构光子晶体的最优参数值，为获得适合的光子禁带及局域态，制作高质量反射镜、低阈值激光器及多通道滤波器等提供了重要的理论参考。
【作者】王瑾；
【导师】温廷敦；
【作者基本信息】中北大学，凝聚态物理，2014，硕士
【关键词】麦克斯韦方程组；光子晶体；缺陷层；局域态；传输矩阵法；滤波器；

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