一维光子晶体的相位特性研究

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目前,光子晶体的研究主要集中在反射率(或透射率)及振幅特性等方面,对反射光(或透射光)的相位特性研究很少。现有的光子器件中绝大部分只利用了振幅信号,而相位信号很少被利用。利用光子晶体特殊的相位特性,设计相位器件比振幅器件具有更高的灵敏度,所以研究光子晶体相位特性具有潜在的意义。本论文主要研究一维光子晶体的相位特性,进而为设计光子相位器件提供一种思路。   利用传输矩阵法计算了由“负折射率材料-正折射率材料”构成的一维周期结构光子晶体的反射相位特性,计算发现在zero-(n)带隙内,TE波和TM波通过光子晶体后相位变化不同,两个偏振态之间会引入一个相位差。通过改变光子晶体的结构或入射角度等条件,可以调节两种偏振态之间的相位差为0~180°之间任意的值,因此可以设计一种相位补偿器。   由两种单负材料构成的一维光子晶体,出现zero-φeff带隙。两种材料厚度dB和dA相差越大,zero-φeff带隙的宽度越宽,反之则越窄。随着两种介质厚度比率的增大,从带隙的低能边到高能边,反射相位变化量逐渐减小。在dB/dA=1时,满足相位匹配条件,zero-φeff带隙消失,其反射相位迅速的在0~π之间变化。   单负材料组成的光子晶体异质结,由于倏逝波界面模的谐振耦合作用,在禁带中会出现遂穿模,在此频率下异质结构刚好满足(ε)=(μ)=0。透射模将光子晶体禁带一分为二,在整个带隙范围内,相位会发生两次渐变和一次突变,在透射峰处相位直接从π变为0。
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