异质双周期光子晶体光学特性研究

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集成电路将所需电路元件整合在小块半导体晶片上,实现了电路的小型化、低能耗、低成本,变革了信息技术。当集成电路如摩尔定律预言的微型化到一定尺度时,其主要载体电子必然成为限制因素。信息技术要实现器件尺寸,信息传输速度、效率,质量方面的突破,必须依托新型材料,而以以光子作为载体的光子晶体就很好地弥补了这一缺陷。光子晶体具有光子带隙,可以调控电磁波的传输,从而实现操作电磁波的目的。目前,光子晶体的相关基础研究在不断发展,其光学传播特性研究已经相对成熟。但是目前有关光和力结合的报道还很少,本文以双周期结构光子晶体( A~mB~n)~N为对象就这一点进行了补充研究。在本文中,我们设计了一种异质双周期结构光子晶体,用数值计算与理论分析相结合分析了其光学传输特性,特别研究了一种材料为复折射率的折射率虚部光子晶体的光学传输特性,以及当结构发生轴向应变时的“介观压光效应”。论文主要内容安排如下:首先,系统全面地介绍了光子晶体,包括其概念,基本原理,理论研究方法及制备方法,并对其应用前景进行了展望。其次,设计一种异质双周期结构光子晶体( A~mB~n)~N,用传输矩阵法对其光学传输特性进行了研究。不考虑介质的吸收、散射情况,结果表明这种光子晶体能形成缺陷模个数可调,禁带宽度可调的光子带隙。光子带隙受介质层材料的折射率影响较小,因此较易制成具有调节功能的多通道窄带滤波器。此结构的光子晶体对入射角θ很敏感,随着θ的增加,带隙变窄,通带向短波方向移动。缺陷模个数由m,n决定,与N没有关系。因此,通过改变入射角和周期数,即可达到改变通带频率和个数的目的。最后重点研究了一种材料为复折射率时的光学传输特性,以及当结构发生轴向应变时的“介观压光效应”。结果表明:当复折射率含负虚部时,透射峰随虚部绝对值的增大先增加后减小直至衰减;当虚部为正值时,透射峰降低。当光子晶体发生轴向应变时,透射峰随应变量的增加呈现近似U形状的变化规律。应变量很小时透射率几乎线性减小,波长越大透射峰变化越缓慢。综上所述,本文通过设计异质双周期结构光子晶体( A~mB~n)~N研究光在其中传播的特性,并计算分析了当应力存在的情况下光子通过这种结构的透射情况,即介观压光效应。
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