半無(wú)限一維光子晶體的反射率.pdf

1、光子晶體是介電函數(shù)呈周期性變化的人工晶體材料，由于其光子帶隙結(jié)構(gòu)近年來(lái)廣受人們關(guān)注，也被稱為是最有前景的光電材料。光子晶體不但可以由自然界中廣泛存在的普通材料構(gòu)成，也可由單負(fù)材料、負(fù)折射率材料構(gòu)成。
　　光在周期性分層媒質(zhì)中傳播的理論研究在光學(xué)、光電子學(xué)、光學(xué)工程中起著舉足輕重的作用。對(duì)這種周期性分層薄膜理論的研究方法有傳輸矩陣方法、運(yùn)用菲涅爾公式逐層迭代方法、格林函數(shù)方法等。但當(dāng)媒質(zhì)的層數(shù)增加媒質(zhì)整體變厚時(shí)，用上述這些方法計(jì)算過

2、于繁重復(fù)雜。因此本文中給出了一種簡(jiǎn)潔的解析公式用于計(jì)算半無(wú)限分層周期結(jié)構(gòu)的反射率，并將其應(yīng)用于含普通材料、負(fù)折射率材料、單負(fù)材料的半無(wú)限一維光子晶體反射特性的研究。
　　本文在第二章中用傳輸矩陣方法得到了有限周期結(jié)構(gòu)的反射系數(shù)及透射系數(shù)計(jì)算公式。并在此基礎(chǔ)上利用Bloch定理求解出了簡(jiǎn)單的半無(wú)限周期結(jié)構(gòu)反射系數(shù)計(jì)算公式。
　　在第三章中利用此公式對(duì)普通材料的半無(wú)限光子晶體的反射特性進(jìn)行了詳細(xì)研究。研究發(fā)現(xiàn)半無(wú)限光子晶體通帶中

3、反射曲線很平滑，與有限光子晶體通帶中的反射曲線快速震蕩有所不同，是有限結(jié)構(gòu)反射率振蕩的平均。研究結(jié)果表明，影響TE波反射特性的是εA與εB的差別，而影響TM波反射特性的是μA與μB的差別。因此當(dāng)半無(wú)限光子晶體兩層的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率都不同，但折射率相同時(shí)，TM波和TE波的反射率曲線重疊。對(duì)于給定ε、μ值得到了TM及TE兩種極化模式下均可發(fā)生全方位反射的參數(shù)(dA,dB)區(qū)域。
　　在第四章對(duì)由特異材料組成的半無(wú)限一維光子晶體的反射率

4、進(jìn)行了細(xì)致的研究。分別對(duì)由負(fù)折射率材料、單負(fù)材料組成的半無(wú)限一維光子晶體的反射進(jìn)行了數(shù)值模擬計(jì)算。研究發(fā)現(xiàn)由正-負(fù)折射率材料組成的光子晶體與普通材料比，低頻區(qū)禁帶變得較寬。特定條件下半無(wú)限光子晶體中只有一些離散頻率的電磁波可以傳播，除此之外所有頻率的光將被反射。然而在有限光子晶體中，光波可以以共振隧穿方式傳播。對(duì)于折射率為虛數(shù)的單負(fù)材料，每層中的場(chǎng)都是倏逝場(chǎng)。當(dāng)εA和εB同號(hào)，且μA和μB同號(hào)時(shí)電磁波波不能傳播。而當(dāng)εA和εB異號(hào)，且μ