光子晶体可调谐滤波器_小冲毕设

of a one-dimensional liquid crystal photonic crystals,there was a very anisotropy and external field is very
narrow peak, high transmission rate. This has paved the way for the production of tunable optical filter. Liquid crystal has sensitive, when exerting a certain voltage to the liquid crystal, the birefringence of liquid crystal will change becausethe electronically controlled birefringence characteristics. In terms of theory, matrix liquid crystal photonic crystal filter transmittance formula is given by using the method of transfer , and through the Matlab software to simulate the liquid crystal filter properties of photonic crystal filter and carry on the analysis. when the thickness of the air membrane as one of the defect layer gradually increase, the location of the transmission peak linear increase with the thickness of defect layer.with the increasing of liquid crystal defect layer voltage, transmission peak wavelength cause the blue shift.
KEY WORDS ： photonic crystal ， liquid crystal tunable filter ， the method of transfer ， transmission peak
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目 录
前 言 .............................................................................................................. 6 第一章 光子晶体可调谐滤波器简介 ......................................................8 §1.1 光子晶体的概述 .......................................................................... 8 §1.2 光子晶体可调谐滤波器概述 .................................................... 8 第二章 光子晶体的理论及分析 ............................................................ 11 §2.1 光子晶体的数值计算方法 ...................................................... 11 §2.1.1 平面波展开方法 ............................................................ 11 §2.1.2 有限差分方法 ................................................................ 11 §2.1.3 传输矩阵法 .................................................................... 12 §2.2 光子晶体的数值模拟 ............................................................... 14 §2.2.1 一维光子晶体的数值计算方法和数值模拟 ............ 14 §2.2.2 引入缺陷层的光子晶体的数值模拟 ......................... 17 §2.3 本章小结 .................................................................................... 20 第三章 液晶及其理论分析 ..................................................................... 21 §3.1 液晶的概念及分类 ................................................................... 21 §3.2 液晶的性质 ................................................................................ 21 §3.2.1 液晶折射率的各向异性 ................................................ 21 §3.2.2 液晶的电光效应 ............................................................. 21 §3.3 液晶电光性质 ............................................................................ 22 §3.3.1 简述液晶指向矢 ............................................................ 22 §3.3.2 不同电压下向列相液晶的变化情况 .......................... 23 §3.4 本章小结 .................................................................................... 24 第四章 液晶可调谐光子晶体 ................................................................ 25 §4.1 液晶可调谐滤波器的结构设计 .............................................. 25 §4.2 一维液晶可调谐光子晶体滤波器的结果分析 .................... 26 §4.3 一维液晶可调谐光子晶体滤波器的制作 ............................ 32 §4.4 应用 ............................................................................................. 33 §4.5 本章小结 .................................................................................... 34 结 论 ............................................................................................................37
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光子晶体可调谐滤波器 摘 要
随着微光学、微电子、微机械的快速发展和应用，微型光谱仪应运而生， 并以其重量轻、体积小、探测速度快等优势，已广泛应用于工农业生产、环 境监测、临床医学检验、生物、化学、天文学等诸多领域。微型光谱仪最重 要的技术是分光器件的微型化，为解决光谱仪的便携性问题，人们开始研究 实用化的微型分光器件。先前的压电陶瓷光纤 F-P 可调谐滤波器控制电压过 高、响应不迅速，而后的声光可调谐光子晶体滤光器应用灵活方便、调谐范 围宽， 但结构过于复杂、 能量损耗过高。 为克服上面的缺点， 在 1987 年 Mallison 提出了液晶可调谐滤波器。一维液晶光子晶体可调谐滤波器具有厚度薄、控 制电压低、价格便宜、结构简单、容易制作、调谐范围宽、精度高、可实时 控制、可重复性等一系列优势，故各国关于光子晶体研究领域的许多专家们 对其采取了重点关注。 本文采用把液晶层和空气膜层两种介质作为杂质层掺杂到一维周期性光 子晶体结构中。因此在一维液晶掺杂光子晶体的光子禁带中，出现了一条高 透射率的窄带，即透射峰。这为制作可调谐光滤波器奠定了基础。由于液晶 是一种各向异性光学材料，极易受电场、磁场、温度的影响，故当对液晶施 加一定电压时，液晶折射率发生变化。 在软件仿真方面， 我们利用传输矩阵法计算出液晶光子晶体可调谐滤波器 的透过率，并利用数学工具 Matlab 软件进行数值模拟，仿真出不同结构的液 晶光子晶体的透射率曲线图。并根据一系列的透射率曲线图进行比较分析， 归纳总结，并整理。当空气膜层的厚度逐渐增大时（通过超声马达推动光子 晶体活动的一侧做平行移动），窄带（透射峰）的位置随着空气膜层厚度呈 线性增加：随着液晶缺陷层上施加电压的增大，窄带（透射峰）的波长产生 蓝移。
关键词 ：光子晶体，液晶可调谐滤波器，传输矩阵法，透射峰
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TUNABLE PHOTONIC CRYSTAL FILTER
ABSTRACT
With
the
rapid
development
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ