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1、光子晶體,又稱為光子禁帶材料,是將不同介電系數(shù)的材料在空間按照一定的周期(尺寸在光波長(zhǎng)量級(jí))排列所形成的一種人造“晶體”結(jié)構(gòu)。類似于半導(dǎo)體材料中電子在周期性勢(shì)場(chǎng)作用下形成能帶結(jié)構(gòu),由于受到介電系數(shù)周期性的調(diào)制,在光子晶體中光子也出現(xiàn)了能帶結(jié)構(gòu),一些特定頻率范圍的光不能在光子晶體中傳播,稱為光子禁帶。由于其新異的光學(xué)特性和廣泛的應(yīng)用前景,有關(guān)光子晶體的研究成為近十幾年來一個(gè)迅猛發(fā)展的新興領(lǐng)域。本論文從理論上研究了二維光子晶體的物理特性。本
2、論文取得的主要研究成果如下:
(1)系統(tǒng)地介紹了光子晶體產(chǎn)生的歷史背景、物理基礎(chǔ)、帶隙理論及光子晶體的分類。綜述了光子晶體的特性及主要應(yīng)用領(lǐng)域,并簡(jiǎn)單地闡述了目前研究光子晶體的主要理論方法。
(2)利用平面波展開法對(duì)二維光子晶體的能帶結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳盡地分析,為了找到影響二維光子晶體能帶結(jié)構(gòu)的不同因素,本文分別改變光子晶體不同截面氣孔結(jié)構(gòu)(三角形、正方形、六邊形)的介質(zhì)柱邊長(zhǎng)、周期和旋轉(zhuǎn)角度,得到了各不相同的能帶結(jié)
3、構(gòu)。對(duì)于二維硅基不同截面光子晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化,尋找合適的能帶結(jié)構(gòu)、光子帶隙及其影響因素,給出理論分析。
(3)利用平面波展開法(PWE)與時(shí)域有限差分法(FDTD)相結(jié)合的方案,通過平面波展開法能更快速的找到合適的帶隙,再通過FDTD法進(jìn)行傳輸,快速找到二維光子晶體不同截面(三角形、正方形、六邊形)的帶隙準(zhǔn)確位置,比較兩種方法在計(jì)算帶隙問題上的優(yōu)缺點(diǎn),給出所設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確帶隙位置。
(4)設(shè)計(jì)了基于0.1
4、8μm硅工藝的二維光子晶體波導(dǎo),包括三角晶格和正方晶格結(jié)構(gòu)的直線形波導(dǎo)等幾種光子晶體波導(dǎo)器件,并分別進(jìn)行了傳輸仿真和結(jié)構(gòu)優(yōu)化。這種方法比一般單獨(dú)使用PWE法或單獨(dú)使用FDTD法進(jìn)行波導(dǎo)設(shè)計(jì)速度更快,結(jié)果也更準(zhǔn)確。利用Rsoft軟件給出了各結(jié)構(gòu)的帶隙曲線和各類型波導(dǎo)傳輸仿真圖。
(5)對(duì)所設(shè)計(jì)波導(dǎo)進(jìn)行了各種優(yōu)化,在介質(zhì)材料介電常數(shù)一定的情況下,分析優(yōu)化填充比、晶格結(jié)構(gòu)、波導(dǎo)細(xì)節(jié)等因素,使波導(dǎo)達(dá)到較好的傳輸效果。通過結(jié)合FDT
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