光子晶體的異常色散特性及其應(yīng)用研究.pdf

1、光子晶體是通過(guò)對(duì)介電常數(shù)分布進(jìn)行周期性調(diào)制得到的人工材料。過(guò)去人們主要研究光子晶體的禁帶效應(yīng)，如用光子禁帶實(shí)現(xiàn)光子晶體激光器、直角拐彎光子晶體波導(dǎo)、點(diǎn)缺陷共振窄帶濾波器等。另一方面，如果合適選擇光子晶體的色散特性，光子晶體也可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)例如超棱鏡、自聚焦、負(fù)折射、慢波等效應(yīng)。本論文著重研究具有異常色散特性的光子晶體結(jié)構(gòu)及它們的應(yīng)用，通過(guò)特殊設(shè)計(jì)光子晶體的色散特性，以獲得所需的性能。 全文分為六章。論文第一章介紹了本論文研究的背景

2、和當(dāng)前國(guó)內(nèi)外進(jìn)展。第二章介紹本文中用到的數(shù)值計(jì)算方法，包括平面波展開(kāi)法，時(shí)域有限差分法和多重散射方法，另外還分析了光子晶體平板結(jié)構(gòu)的能帶、損耗和群速度異常等特性。第三章介紹了我們提出的基于多孔氧化鋁模板-銀納米線陣列的二維負(fù)折射光子晶體結(jié)構(gòu)和基于多光束干涉方法的三維負(fù)折射光子晶體結(jié)構(gòu)，這兩種負(fù)折射光子晶體均適用于可見(jiàn)光波段。多孔氧化鋁模板制備以及在氧化鋁模板中生長(zhǎng)銀納米線是電化學(xué)過(guò)程，不涉及昂貴的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，制備過(guò)程簡(jiǎn)單。多光束干涉光刻技

3、術(shù)可以以相對(duì)較低的成本得到大面積無(wú)缺陷的三維周期結(jié)構(gòu)。以往對(duì)這兩種結(jié)構(gòu)的研究主要關(guān)注禁帶特性，論文首次提出了它們的負(fù)折射特性。第四章我們提出了一種新的偏振分束原理，設(shè)計(jì)光子晶體的色散特性，使得其等效折射率對(duì)兩個(gè)偏振態(tài)分別表現(xiàn)為正值和負(fù)值，從而讓一個(gè)偏振態(tài)的光經(jīng)歷正折射，而另一個(gè)偏振態(tài)的光經(jīng)歷負(fù)折射，把兩個(gè)偏振態(tài)的光束分開(kāi)?；诙S光子晶體設(shè)計(jì)了偏振分束器，并在近紅外波段進(jìn)行了原理性實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。第五章討論了光子晶體結(jié)構(gòu)在提高發(fā)光二極管抽取效