光子晶體中的負折射現(xiàn)象與磁光多層膜隔離器研究.pdf

1、光子晶體是一種由介質(zhì)或金屬材料周期排列構(gòu)成的人工材料。由于其具有光子禁帶和光局域性等一系列獨特的性質(zhì)和潛在的巨大應用前景，從二十世紀八十年代末光子晶體概念的提出發(fā)展到現(xiàn)在，光子晶體已經(jīng)成為現(xiàn)代科學重要的新研究領(lǐng)域。在這期間，由于難以對光子晶體做解析分析，出現(xiàn)了多種數(shù)值模擬方法；借助這些方法，人們對光子晶體的理論做著越來越深入的研究，同時眾多的實驗也檢驗和印證了理論研究的成果。這些工作都在不斷完善光子晶體的理論基礎，并拓展新的應用前景。負

2、折射和左手材料的研究是近年來新興的研究領(lǐng)域，而最近光子晶體中負折射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，為光子晶體的研究指出了新的方向。由于可以由在光波段損耗很小的電介質(zhì)材料構(gòu)成，光子晶體為負折射在光波段的應用提供了可能，因此吸引了越來越多的研究人員進行這方面的研究。 本文通過數(shù)值模擬和理論分析，研究了二維光子晶體中的負折射成像及其相關(guān)性質(zhì)；并從一維光子晶體的角度出發(fā)設計和改進了磁光多層膜隔離器的結(jié)構(gòu)。本論文的研究工作和創(chuàng)新點如下： 1．利用時域

3、有限差分法和平面波展開法研究了二維蜂窩格子光子晶體中的負折射現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)這種結(jié)構(gòu)的光子晶體具有很好的遠場負折射特性，符合折射率為-1時的負折射成像規(guī)律。但是由于晶格排列本身的影響，其耦合效率受到了限制，影響了成像的質(zhì)量。針對此問題，提出了一種改變界面上介質(zhì)柱的半徑的方法改善了耦合效率，大幅提高了像點的強度。 2．在二維光子晶體平板透鏡中引入多類型的缺陷來研究缺陷對于光子晶體負折射成像的影響。發(fā)現(xiàn)光子晶體界面附近的缺陷對耦合效率有重

4、要的影響，提出了多種利用缺陷提高負折射遠場成像的耦合效率的方案；對于光子晶體的近場負折射成像，發(fā)現(xiàn)利用線缺陷可以大幅改變成像的位置，并且隨意可以控制成像的數(shù)量。 3．在三維實空間傳輸矩陣法的基礎上，提出了一種適用于各向異性介質(zhì)的二維傳輸矩陣法。為更加細致的模擬光在磁光多層膜結(jié)構(gòu)中的傳播提供了方法。 4．利用各向異性的傳輸矩陣法設計和優(yōu)化磁光多層膜的結(jié)構(gòu)。通過分析薄膜參數(shù)的誤差對于整個多層膜結(jié)構(gòu)旋光性能的影響，指出磁光材料