同軸準一維光子晶體相關(guān)問題的實驗研究.pdf

1、電子在周期性排列的晶格中運動形成電子能帶，電磁波在通過介質(zhì)周期性排列形成的光子晶體中的傳播可用類似于電子在半導(dǎo)體中運動的能帶結(jié)構(gòu)來描述，頻率范圍在光子能隙中的光不能在光子晶體中傳播，而是被全部反射出去，出現(xiàn)“光子禁帶(photonic band-gap)”。由于光子晶體材料具有可以控制光子行為的特性，近年來，它引起了人們的極大興趣。光子晶體，或叫做光子帶隙材料(photonic band-gap materials)，也可稱

2、為電磁晶體(electromagnetic crystals)。固體物理中的許多概念都可用在光子晶體上，如倒格子、布里淵區(qū)、色散關(guān)系、Bloch函數(shù)、Van Hove奇點等。光子晶體的基本特征是具有光子帶隙，頻率落在帶隙中的電磁波是禁止傳播的，因為帶隙中沒有任何態(tài)存在，光子帶隙的存在帶來了許多新物理和新應(yīng)用。光子晶體的另一個重要特征是可以實現(xiàn)光子局域。一旦晶體中原有的對稱性遭到破壞，即有了缺陷，在光子晶體禁帶中就有可能出現(xiàn)頻寬

3、極窄的缺陷態(tài)或局域態(tài)。如在光子晶體中加入雜質(zhì)，或者從光子晶體原包中移走一些材料，光子晶體禁帶中會出現(xiàn)品質(zhì)因子非常高的雜質(zhì)態(tài)，具有很高的態(tài)密度，這樣可以增加自發(fā)輻射。本文第一章簡要地回顧了光子晶體的材料特性、制備方法、光子晶體材料的應(yīng)用以及與同軸光子晶體相關(guān)的研究現(xiàn)狀。本文第二章我們利用傳輸線等效模型和布洛赫周期性邊界條件模擬分析無限長同軸準一維光子晶體具有的色散關(guān)系和有限長結(jié)構(gòu)同軸光子晶體的傳輸特性。在理論分析基礎(chǔ)上，用

4、實驗測試了微波通過SMA同軸準一維光子晶體的S參數(shù)曲線，研究了由有限單元個數(shù)構(gòu)成的同軸準一維光子晶體的光子帶隙結(jié)構(gòu)。實驗測試結(jié)果和模擬計算結(jié)果都表明，同軸準一維光子晶體具有明顯的光子帶隙結(jié)構(gòu)。本文第三章中我們在同軸準一維光子晶體中引入缺陷，比較摻雜前后光子帶隙的變化，探討了光子晶體的結(jié)構(gòu)參數(shù)、引入缺陷后的摻雜位置、雜質(zhì)類型和雜質(zhì)數(shù)量等對光子帶隙的影響。在研究離散型缺陷的基礎(chǔ)上，我們將可變電容作為缺陷引入準一維光子晶體，調(diào)節(jié)

5、加載在可變電容兩端的反向電壓，在光子晶體禁帶中出現(xiàn)了一個可調(diào)的缺陷峰，實現(xiàn)了可調(diào)諧的光子晶體微腔。在實驗測試的同時，我們也進行了數(shù)值模擬，結(jié)果表明，在光子晶體中存在可調(diào)諧的局域模，為可調(diào)諧濾波器的研制提供了有效依據(jù)。本文第四章我們研究了同軸準一維光子晶體中光子帶隙區(qū)域和光子晶體缺陷態(tài)附近的電磁波群速度。在有限長準一維光子晶體的光子帶隙頻率，通過測試帶隙區(qū)域的相位變化，討論了帶隙附近的群速度超光速現(xiàn)象；在光子晶體中引入缺陷后