光子晶體中全方位反射器及超棱鏡效應(yīng)的研究.pdf

1、光子晶體是一種空間上不同介質(zhì)周期性分布的人工結(jié)構(gòu).作為一種電磁波晶體,具有類似固體晶體的性質(zhì),具有一定的能帶結(jié)構(gòu).在一定頻率還存在禁帶.它的提出使人類能夠更加自如、有效地控制光波的行為.基于光子晶體的各種結(jié)構(gòu)使得集成光路成為可能.近年來,在光子晶體理論研究上的進展非?？?設(shè)計出了各種新穎的器件.雖然在實驗上稍微落后,但是也取得了很大的進展.在近紅外的光子晶體得以實現(xiàn).光子晶體的研究對光學領(lǐng)域具有深遠的影響.由于光子晶體領(lǐng)域的工作很多,該

2、文選擇對其中的一些性質(zhì)進行了深入研究.該文在分析全方位反射器基本原理的基礎(chǔ)上,對影響一維光子晶體全方位反射帶的各種因素進行了深入的分析,為設(shè)計全方位反射帶提供了設(shè)計思路.通過對一維光子晶體能帶的全面分析,提出了一種新的展寬全方位反射帶的方法.它不同于前人提出的方法.不僅極大地提高了一維光子晶體的全方位反射帶,使得制作覆蓋整個可見光波段的全方位反射器成為可能.同時這種方法極大地降低了工藝條件,易于實際制作.它還極大地降低了對材料的要求.根

3、據(jù)這個方法,我們設(shè)計了一個由四個基本一維光予晶體合成的一維結(jié)構(gòu),得到了較大的全方位反射帶.在此基礎(chǔ)上,利用傳統(tǒng)的薄膜制作工藝,在實驗上對這種方法進行了論證.證明這種方法是有效的,可望用于實際的設(shè)計制作和應(yīng)用.光在光子晶體中的傳播與在一般介質(zhì)中的傳播完全不同,非常復(fù)雜.研究光在其中的行為有助于提高人們對光子晶體的認識.光子晶體中的負折射、超棱鏡效應(yīng)在近場成像、波分復(fù)用系統(tǒng)中具有潛在的用途.平面波展開方法在計算光子晶體能帶方面應(yīng)用廣泛,但是

4、用于分析光在光子晶體中的行為卻不方便.該文在深入分析平面波展開方法的基礎(chǔ)上,對這種方法進行了修正,使得它適合于分析光子晶體中光的傳播性質(zhì).基于這種修正,可以容易地得到光子晶體中的波向量圖.根據(jù)波向量圖可以定性分析光在光子晶體中的行為.為了定性地分析光的行為,我們對光子晶體中光的群速度進行了計算,得到很好的結(jié)果.基于波向量圖和群速度,可以很好地分析光在光子晶體中的行為.在這個基礎(chǔ)上,該文對光子晶體中的負折射效應(yīng)、超棱鏡效應(yīng)以及自準直效應(yīng)進

5、行了一定的分析.由于高維光子晶體的實驗制作工藝相對來說比較困難,特別是對于可見光波段的高維光子晶體的制作目前還沒有很有效的手段.基于這個考慮,該文分析了一維光子晶體中的光的傳播方式.深入研究了可用于分析一維光子晶體中超棱鏡效應(yīng)的方法.并對影響超棱鏡效應(yīng)的因素進行了深入的分析,指出了設(shè)計的基本思想.對一維光子晶體超棱鏡的研究表明,在一維光子晶體中由于設(shè)計自由度的缺乏,無法得到較好的空間位移色散關(guān)系,因此對實際應(yīng)用還有諸多的限制.為了克服這

6、個困難,根據(jù)空間位移與時間延遲的關(guān)系,該文對非周期的一維結(jié)構(gòu)進行了深入的分析.在這個基礎(chǔ)上,該文提出了一種基于Fabry-Perot腔的新結(jié)構(gòu).這種結(jié)構(gòu)本質(zhì)上可以認為是基于FP腔的Interleaver結(jié)構(gòu),只是它需要傾斜入射工作.在這種結(jié)構(gòu)中,由于不同的透射通道具有不同的時間延遲,因此不同的通道在出射面的不同位置出射.由于這種結(jié)構(gòu)具有很高的空間位移分辨率,因此可以將相鄰間隔很小的波長在空間上分開,實現(xiàn)波分復(fù)用.它簡化了一般基于inte