材料吸收光子晶体对tm波能带的影响研究毕业论文(编辑修改稿)

材料吸收光子晶体对tm波能带的影响研究毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

， 1 1 2 2 150n d n d nm， 10N 图 一维光子晶体透射率 T 第 5页（共 13页） 在一维光子晶 体中，一维掺杂光子晶体的特性也较为特殊。 其基本结构如图 所示： 在规则的一维光子晶体中加入第三种介质，从而形成的一维掺杂光子晶体，在保留了一维光子晶体的大多性质的同时，会出现一个新的特性，即缺陷模。 图 和图 所示的是 TE波和 TM 波缺陷模随入射角和入射波长变化的图像。 由上图可见，无论对于 TE 波还是 TM 波，在图像所示的禁带中会突然出现一个很尖锐的突起，形成一个很窄的导带，图 可以更明显的看 出，一维掺杂晶体出现的缺陷模。 1d 2d 3d 图 一维掺杂光子晶体 1n 2n 1n 2n 3n 2n 1n 2n 1n 图 TE波 缺陷模随入射角和入射波长变化的立体图 图 TM波 缺陷模随入射角和入射波长变化的立体图 01q 0rad500550600650lnm01T 01q 0rad500550600650lnm01T 第 6页（共 13页） 由以往研究文献资料可知：一维掺杂光子晶体缺陷模的频率由所掺杂的介质的厚度3d 决定，缺陷模的频率宽度由厚度 3d 和 介质膜折射率 3n 共同决定。 光子晶体的全反射隧穿性质 一维光子晶体的 全反射隧穿现象是最近两年发现的新现象。 为了弄请 一维光子晶体的 全反射隧穿现象，首先观察光波从 硫化锌中射入到氟化镁单一界面 上其透射率随入射角 0 的响应曲线。 由于 硫化锌的折射率（ n ）大于 氟化镁的折射率（ n ），所以当光在该单一界面 上会 出现全反射现象，其全反射角为 r a dnnm .6 20/ar c s in 01 。 由图 7 可知，小于全反射角入射时透射率随入射角的增加而减小，当入射角接近全反射角时透射率迅速降低为 0。 当入射角大于全反射角时透射率恒为 0，即出现了全反射现象，光不能在大于全反射角情况下从硫化锌中进入氟化镁内。 再来研究光入射一维光子 晶体的情况，设一维光子晶体是由氟化镁和硫化锌交替排列。 入射空间和出射空间的介质也为硫化锌。 这种情况下光入射该一维光子晶体时，其其全反射角为 r a dnnm .6 20/ar c s in 01 。 计算出光入射该一维光子晶体时 其透射率随入射角的响应曲线，如图 8。 由图 8可以看出当光入射该一维光子晶体时，在入射角大于全反射角的范围内有 5条明显的透射峰，这表明光波大于全反射角入射该光子晶体时光波能够穿透光子晶体。 这一现象称为“光子晶体的全反射隧穿效应”。 研究还发现一维光子晶体的全反射隧穿峰的个数关于一维光子晶体的周期数， 全反射 隧 穿峰的频率都随 光子晶体的 周期光学厚度的增加而减少。 光子晶体的全反射隧穿效应的发现为光子晶体的研究开辟了一个新的研究课题。 并且光子晶体的全反射隧穿峰具有优良的梳妆滤波特性，这为利用光子晶体的全反射隧穿效应来设计新型高品质光子滤波器提供了理论基础。 前面介绍了光子晶体的概念、光子晶体常用的研究方法，并且讨论了一维光子晶体 0 . 6 0 . 8 1 . 0 1 . 2 1 . 40 . 20 . 40 . 60 . 81 . 0 图 弹性波 缺陷模随频率的变化图 1 1 0 ∕ rad 图 7 单一界面上透射率随入射角的响应曲线 1 1 0 ∕ rad 图 8 光 子晶体的 全反射遂穿峰 随入射角的响应曲线 T T 第 7页（共 13页） 的三个重要特性，即能带特性、缺陷模特性、全反射隧穿特性。 利用光子晶体的这些重要性质可以有效地控制光子的传输。 因此光子晶体在光信号传输以及光信号控制方面有着广泛的应用前景。 第 二 章 、光子晶体理论的一种研究方法 —— 特征矩阵法 光子晶体最 大的特性 是具有光子带隙， 光导 纤维、光波导、全向反射镜、滤波器、偏振器等 光学材料和器件就是 利用光子不能在光子禁带中传播这一 特性。 当在光子晶体中加入 缺陷 介质时， 光子 在其中的的传播会发生 局域化 从而可 抑制或增强 其 自发辐射，以此特性可以运用掺杂光子晶体 制造高效率和零阀值的激光器、高品质的激光谐振腔以及高效发光二极管。 但是要实现光子晶体在这些领域的应用，就必须知道 光子晶体的 能带结构，要知道其能带结构，就要选取合适研究方法。 目前， 对于 光子晶体能带结构 的研究 主要采 用 三种方法： 特征矩阵法、平面波展开法 、多重散射法 等。 光子在吸收介质中传播的处理方法 对于具有吸收的介质，为了同时描述其对光波的折射和吸收，需要引入复折射率 nˆ和复波数 kˆ 的概念： )i1(nnˆ  、 kˆ =c nˆ (1) 其 中 n 为介质的折射率描述其对光波的折射，  为介质的消光系数描述其对光波的吸收，c为真空中的光速，  为光的圆频率。 在吸收介质中传播的光波满足： 2 E + 2kˆ E =0 （ 2） 其解为： E = 0E )tsrkˆ(ie  (3) s 为光传播方向的单位矢量。 结合（ 1）式有： E = 0E )tsr(isrnc ee    （ 4） 由（ 4）式可知，吸收介质中传播的光波是衰减波。 但是，由（ 2）式和（ 3）式可知：在吸收介质中光波满足的方程和对应的解与透明介质中光波满足的方程和对应的解在形式上是完全相同的，只不过是将复波数 kˆ 代替了波数 k。