光子晶體的異常色散特性及其應用研究.pdf

1、光子晶體是通過對介電常數分布進行周期性調制得到的人工材料。過去人們主要研究光子晶體的禁帶效應，如用光子禁帶實現光子晶體激光器、直角拐彎光子晶體波導、點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實現例如超棱鏡、自聚焦、負折射、慢波等效應。本論文著重研究具有異常色散特性的光子晶體結構及它們的應用，通過特殊設計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、和當前國內外進展。第二章介紹本文中用到的數值計算方法，包括平面波展開法，時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構的能帶、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折射光子晶體結構和基于多光束干涉方法的三維負折射光子晶體結構，這兩種負折射光子晶體均適用于可見光波段。多孔氧化鋁模板制備以及在氧化鋁模板中生長銀納米線是電化學過程，不涉及昂貴的實驗設備，制備過程簡單。多光束干涉光刻技

3、術可以以相對較低的成本得到大面積無缺陷的三維周期結構。以往對這兩種結構的研究主要關注禁帶特性，論文首次提出了它們的負折射特性。第四章我們提出了一種新的偏振分束原理，設計光子晶體的色散特性，使得其等效折射率對兩個偏振態(tài)分別表現為正值和負值，從而讓一個偏振態(tài)的光經歷正折射，而另一個偏振態(tài)的光經歷負折射，把兩個偏振態(tài)的光束分開?；诙S光子晶體設計了偏振分束器，并在近紅外波段進行了原理性實驗驗證。第五章討論了光子晶體結構在提高發(fā)光二極管抽取效