光子晶体毕业设计论文
内蒙古工业大学本科生毕业论文
1 引 言
光子晶体光纤（PCF），又称多孔光纤或微结构光纤，以其独特的光学特性和灵活的设计成为近年来的热门研究课题。这类光纤是由在纤芯周围沿着轴向规则排列微小空气孔构成，通过这些微小空气孔对光的约束，实现光的传导。独特的波导结构，灵活的制作方法，使得PCF与常规光纤相比具有许多奇异的特性，有效地扩展和增加了光纤的应用领域，因而成为目前国际上研究的热点。在光纤激光器这一领域内，PCF经专门设计可具有大模面积且保持无限单模的特性，有效地克服了常规光纤的设计缺陷。以这种具有新颖波导结构和特性的光纤作为有源掺杂的载体，并把双包层概念引入到光子晶体光纤中，将使光纤激光器的某些性能有显著改善。近年来，国内外的很多大学和科研单位都在积极开展光子晶体光纤激光器的研究工作。目前，国外输出功率达到几百瓦的光子晶体光纤激光器已有报道。本文阐述了PCF的一些独特优越特性、导光原理及对光子带隙导光型光子晶体光纤的结构设计，介绍了PCF的发展以及优化设计。
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第一章 光子晶体光纤概述
§1．1光子带隙型光子晶体光纤的理论进展
上个世纪，随着科学技术的不断发展，电子技术几乎进入了人们生活的各个方面，人们对大规模集成电路的微型化、高效化和稳定性提出了更多、更高、更新的要求，而传统的电子技术不能满足高端前沿的发展需要。因此，人们把目光投向于光子技术，希望可以用光子取代电子来获取、传输、存储和处理信息。光子与电子相比有许多优点，光子具有极快的响应能力、极强的互连能力、极大的存储能力和极高的信息容量，但是光子不能和电子一样随意控制，这使得光通信、光器件的研究和应用难以取得进步。科学家们正努力寻找一种新型光学材料使光子能被有效控制，结果光子晶体迅速成为研究焦点。
1987年，E．Yablonovitch[1]研究在固体物理和电子学中抑制自发辐射时，提出周期性结构中某些特定频率光的传播在一个带隙内被严格禁止；几乎同时S．John讨论在特定的无序介质超晶格中光子的局域性时，指出在规则排列的超晶格中引入某种缺陷，光子有可能被局限在缺陷中而不能向其它方向传播。由此提出了光子晶体的概念，指出光子带隙和光子局域是光子晶体的重要特征。直到1989年，Yablonovitch和Gmittern首次在实验上证实了三维光子带隙的存在，并指出当两种材料的折射率比足够大时，才能得到完全光子禁带，这一论断后来被广泛应用到实践中，成为得到光子禁带的重要条件。此后物理界才开始大举投入这方面的理论研究和实际应用，它完全不同于传统利用全反射理论来引导光传输，而是利用光子禁带，这样给光通讯领域带来了新的生机和活力。1999年国际权威杂志（Science）在预计所有学科研究趋势时，将光子晶体方面的研究列为未来的六大研究热点之一。
1992年，Russell提出光子晶体光纤的概：它是包层为有序排列的二维光子晶体，纤芯为破坏了包层有序排列的缺陷，光被局限在缺陷中进行传播。1996年英国的Southampton大学研制成功了世界上第一根光子晶体光纤，这项研究成果给光通信和光研究领域注入了新的活力，引起了全世界人们的普遍兴趣。接下来短短的十年间里，光子晶体光纤的研究和应用已经取得了较大的进步，并在（Science）和（Nature）杂志上多次有过相关报道，发表的论文数也是与日俱增。内蒙古工业大学本科生毕业论文
3 目前光子晶体光纤的研究重点有：理论模型的进一步探讨、结构参数的理论计算、性能的模拟和测试、制作工艺的标准化、实验室实验和工程实际应用技术的研讨等。
1998年英国Bath大学的J．C．Knight[2]等人研制成功了第一根光子带隙型光子晶体光纤，包层具有蜂窝状结构的空气孔，中心为空芯，光束在空芯中传输。光子晶体光纤根据导光机制的不同可以分为全内反射型光子晶体光纤(TIR—PCF)和光子带隙型光子晶体光纤(PBG-PCF)。前者的导光原理与传统光纤相似，都是基于全内反射效应，纤芯的折射率大于包层的有效折射率；而后者是利用光子带隙效应，它的纤芯是空气，光场主要在气芯中传播，因而能够打破传统硅芯结构光纤的限制，如损耗、非线性和可利用的传输窗口等。PBG—PCF这种新型光纤具有一系列传统光纤无法比拟的特性如：极低的损耗保证了信号的长距离传输，极低的非线性效应保证了信号的保真度，全波段的单模工作为系统提供了充足的信道资源，零色散波长的人为控制避免了信号的相互串扰。这些特性除了可以用于光通信系统之外，还可以用于飞秒激光的压缩与产生、高精度光学计量等领域，发展前景十分广阔。
§ 1.2 光子晶体光纤PCF的结构
光子晶体的出现引起了对光子晶体光纤的研究。PCF包层中分布着一系列二维周期性排列的气孔，光纤中的光波导基于部分或完全光子频率禁带的存在，把光局限在低折射率的缺陷中（比如空芯结构），实现了一种新的导光方式。空芯光子晶体光纤这一概念最早是1991年由Russell提出的，随后Brisk等在1995年从理论上进行了论证[1]。经过十余年的发展，空芯光子晶体光纤已经成为一种成功的二维光子带隙结构，其光传播长度已经达到了1000量级。光子晶体光纤按其传输特性可分成两大类：全内反射（total internal reflection TIR）型和光子带隙（photonic band gap，PBG）型。
(1)全内反射光子晶体光纤
全内反射型光子晶体光纤结构类似于传统光纤，只是在光纤包层截面上有周期性分布的三角形或蜂窝状结构。导波方式与全反射原理类似而并不依赖PBG效应。由于纤芯折射率仍然大于包层的，全内反射型光纤的导光方式仍然是传统的反射式，TIR型光子晶体光纤的包层截面上不产生光子带隙，包层空气孔也不具有严格的周期性。PCF与传统的相比有许多奇异特性，例如无截至单模特性、非线性、反常色散性、高双折射性。只要改变光纤中的孔距与孔径的比值，就能改内蒙古工业大学本科生毕业论文
4 变光纤的特性。由于它具有很大的应用前景，因此目前大多数的研究和应用都是针对这种类型。
(2)光子带隙光子晶体光纤
PBG型光子晶体光纤与TIR型光子晶体光纤最大的不同就是纤芯引入了折射率低于包层材料的空气孔缺陷。是基于一种全新的机制——光子带隙理论。光子晶体光纤利用包层中高度有序排列的空气孔形成PBG，纤芯则是在PBG中引入缺陷，使光仅能以缺陷态在纤芯中传播。Crega等人将一堆外径为lmm的空心玻璃柱绑在一起，然后在整体的堆积中心省去7根玻璃柱，形成很大的空气孔缺陷作为光通道，实现了光在中心空气孔中的传播。Wadsworth等人研究表明这种PCF
可传输99％以上的光能，而且空间光衰减极低，光纤衰减只有标准光纤的1/4～1/2。
§ 1.3 光子晶体光纤PCF的应用
光子晶体光纤的独特结构和导光机制以及种种优良特性，对于进一步实真正的全光通信[3-4]，工业，医疗等方面展示出了广阔的应用前景。
现代光通信正向着超远距离、超大容量的方向发展，空芯光子晶体光纤用作通信光纤极低的损耗保证了信号的长距离传输；高的损伤阈值和极低的非线性效应保证了高功率能量的传输和信号的保真度，也可能在未来的量子通信中用来传送孤子压缩态；全波段的单模工作为WDM系统提供了充足的信道资源；零色散波长的可控性质避免了信号的相互串扰，可在短波长处获得大的正常色散和长波长处获得大的反常色散，这可用于光通信中的色散补偿和脉冲压缩。另外，由于其价格目前还比较昂贵，损耗也比单模光纤大，要在近期利用空芯光子带隙光纤代替常规单模光纤进行长距离传输是不可能的。但利用它做成有源器件，在光通信中，特别是波分复用(WDM)系统和全光纤系统中使用是很有前途的，比如光纤激光器等。利用带隙型光子晶体光纤制作通信中的光器件可显著扩大通信容量和降低通信系统的成本。
(1)色散补偿
光子晶体光纤由于其包层的独特结构使得芯层和包层的折射率差增大，从而波导色散对光纤色散的贡献变大，结果光子晶体光纤在可见光波段具有零色散点甚至能够出现负色散。在纯石英及传统单模光纤中产生正常色散的波长上，在光子晶体光纤中都可以实现反常色散，基于此可以实现孤立子传播、进行色散补偿内蒙古工业大学本科生毕业论文
5 和超短脉压缩等。Birks等人经过计算得出在通信波段．2 000 ps/km/nm的色散是可能实现的，据此能够得出这种光纤可以补偿其长度几十倍的标准光纤的色散，这远远超过了传统色散补偿光纤的色散补偿能力。光子晶体光纤的另一个突出特性就是零色散点可调，只需简单改变光子晶体光纤的微结构尺寸，就可以在几百纳米的范围内取得零色散。Knight等研究了多孔光纤的反常色散特性，其结果显示适当设计多孔光纤的参数就可以实现在从500 nm到300nm很宽的波长范围内控制零色散点。PBG．PCF的色散特性依赖于包层空气孔的尺寸、形状和排列，因此可以根据需要通过改变包层的结构来获得所需要的色散。可在短波长处获得大的正常色散和长波长处获得大的反常色散，这可用于色散补偿和脉冲压缩。
(2)孤子压缩
光孤子是光纤中一种稳定的传输模式，克服了色散的制约，当光强度足够大时会使光脉冲变窄，脉冲宽度不到一个ps，有可能极大的提高了信号传输容量和传输距离。和光通信中利用光孤子压缩态可以减少噪声，提高信噪比，实现超大容量和超长距离传输。
(3)飞秒光纤激光器[5]
光纤激光器中反常色散和非线性相互作用对激光脉冲的形状起着关键的作用。空芯光子带隙光纤在带隙的长波长处表现出反常色散的特性，同时非线性非常小接近于空气的非线性，比传统的单模光纤低1000倍，因此它满足飞秒光纤激光器自相似演化的首要条件。康奈尔大学应用物理系Lim H等人报道了利用空芯光子带隙光纤的反常色散特性研制的飞秒光纤激光器，通过调整滤波片，可以获得自启动锁模，采用这种装置能产生高质量脉冲。自相似脉冲在该种激光器中的成功演化暗示了飞秒光纤激光器中的脉冲能有可能在将来超越固态激光器。
(4)光耦合器件
能量传输方面的应用对于空芯光子晶体光纤，光能量主要在空芯中传播，当光被耦合进入空芯波导光纤中时没有菲涅耳反射(因为外界和纤芯材料一样均是空气)，这种光纤可以作为高效率光耦合器件，使光通信中的连接器更新换代。
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6 第二章 光子光子晶体光纤的理论研究
§ 2．1 光子晶体的能带理论
在固体物理理论中，电子在晶体中运动可视为一个电子在周期势场中运动，并由Schrdinger（薛定谔)方程描述：
22()()2rhÑVEm （2－1）
上式中的势场()rV是以T为周期场,具有周期性，其周期为晶格常数nR
()()nVrVrR （2－2）
式中112233nTnanana为晶体矢量，(ia为晶格基矢，q为整数)
由此平移对称，并结合周期性边界条件，即得到电子能带结构理论。
而当光在介质中运动时，根据光子的电磁理论，在定态下电磁波运动方程为：
双折射光子晶体光纤的设计及其特性的研究(精)
双折射光子晶体光纤的设计及其特性的研究
英文题名 Design and Study on the Characteristics of
Birefringence Photonic Crystal Fiber 关键词 光子晶体光纤; 多极法;
双折射; 耦合; 色散; 超连续谱; 英文关键词 Photonic crystal fiber;
Multipole method; Birefringence; Coupling; Dispersion; Supercontinuum;
中文摘要 近年来,光子晶体光纤由于其独特的特性受到了人们的广泛关注。例如高双折射和偏振保持,奇异色散特性,高非线性,表面增强拉曼效应,大模面积等。同时,应用光子晶体光纤可以得到许多高性能的光纤型光信号处理器件。这使得光子晶体光纤成为国际上的研究热点之一。 首先,论文设计了一种双芯高双折射高耦合强度的光子晶体光纤,采用多极法和模式耦合理论对这种双芯光子晶体光纤的特性进行了分析。与传统双芯光子晶体光纤相比,本文所设计的双芯光子晶体光纤的双折射度和耦合强度随着空气填充率的增加而增加。因此,这种双芯光子晶体光纤把高双折射和高的耦合强度成功的结合在一起,双折射度达到10-2量级,这对于微型光子器件的研制具有重要意义。 其次,设计了一种改进的高双折射光子晶体光纤,用多极法研究了双折射、色散和限制损耗特性。数值模拟显示,改进后的光子晶体光纤具有色散平坦的性质。此外,双折射度比起初的光子晶体光纤大了很多。并且由于改进后对模场的限制增强,光纤的损耗比起初光子晶体光纤小104倍。这种改进的光子晶体光纤可以被用作高双折射和色散平坦光纤。 最后,研究了脉冲在双折射光子晶体光纤中的传输。不同于以往所采用的双折射光子晶体光... 英文摘要 In recent years, photonic
crystal fiber (PCF) has become more attractive because of their
光子晶体的研究与应用
龙源期刊网
光子晶体的研究与应用
作者：赵珂杰,崔冬萌
来源：《电脑知识与技术》2009年第25期
摘要:光子晶体是一种具有光子能带及能隙的新型材料。其特有的性质,使光子晶体具有广阔的应用前景。本文基于固体物理学的基本原理,对光子晶体的理论基础进行了简单介绍,根据其特有结构,对光子晶体的特性做了一定分析,并结合现实需要,综述了光子晶体在光学等方面的应用。
关键词:光子晶体;能带;应用
中图分类号:TP75文献标识码:A文章编号:1009-3044(2009)25-7260-03
Photonic Crystal Research and Application
ZHAO Ke-jie, CUI Dong-meng
(College of Science,Guizhou University,Guiyang 550025,China)
Abstract:Photonic crystal is a new kind of materials with photonic band gap.Their unique feature
shave led to a wide range of prospective application. This paper base on the basic principles of solid-state physics,give a simple introduction on the basis theory of Photonic crystals.According to its
unique structure,do some analysis to the characteristics of photonic crystals,and combined with the
光子晶体设计
光子晶体设计
光子晶体是一种具有周期性光学性质的材料, 通过改变其周期性结构以控制光的传播和特性, 广泛应用于光学器件、传感器、光学通信等领域。在光子晶体的设计过程中，选择合适的材料和优化结构是关键的步骤。本文将介绍光子晶体设计的基本原理、常用方法和一些应用案例。
一、光子晶体设计原理
光子晶体的设计原理基于布拉格衍射和能带理论。通过在材料中引入周期性的折射率变化，产生布拉格衍射，使特定波长的光在晶体中发生反射和传播。这种周期性结构的形成会引起光子禁带的产生，即某一范围内的光无法在晶体中传播。
二、光子晶体设计方法
1. 自下而上设计方法
自下而上的设计方法是通过改变结构参数和材料属性来实现对光子晶体光学性质的调控。其中一种常用的方法是利用微纳加工技术，如电子束曝光、光刻技术等，在二维或三维材料中制造特定的结构，从而实现光子晶体的设计。
2. 自上而下设计方法 自上而下的设计方法是基于计算机模拟和优化算法。通过选择材料的折射率和结构的周期，采用计算工具如有限元方法、傅里叶光学等进行模拟计算，最终得到满足特定光学性质需求的光子晶体结构。
三、光子晶体应用案例
1. 光子晶体波导
光子晶体波导是一种在光子晶体中实现光的传播的结构。由于光子晶体波导的禁带导致传播模式的束缚，使其具有较大的带宽和高的传输效率。光子晶体波导在微波通信、光通信和集成光学领域有着重要的应用。
2. 光子晶体传感器
光子晶体结构对光的敏感性使其成为理想的传感器平台。通过对光子晶体纳米孔洞或微球的设计，可以实现对不同物质的检测和监测。光子晶体传感器在生物医学、环境监测和食品安全等方面有广泛的应用。
3. 光子晶体滤波器
光子晶体滤波器是利用光子晶体的光学特性实现对特定波长光的选择性传输。通过调整光子晶体的结构参数和材料折射率，可以实现对光的波长选择性滤波。光子晶体滤波器在光通信、光谱分析和光学传感等领域中起到重要的作用。
结论 光子晶体设计作为一种关键的光学器件设计方法，具有广泛的应用前景。通过合适的设计方法和优化手段，可以实现对光的传播和特性的精确调控。随着光子晶体理论和制备技术的不断发展，光子晶体将为光学器件和光学应用领域带来更多的可能性。
论文范文：二维光子晶体波特性与FDTD研讨
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第一章绪论
1.1论文的研究背景光子晶体的研究现状与发展光子作为信息的载体，具有许多电子无法比拟的优势。最明显的优势就是光子在介质中的传播速度远远大于电子的传播速度。另外电介质材料的带宽比金属要大得多。通常的光纤通信系统的带宽都在THz数量级，然而有线电话的带宽只有几百kHzo而且光子之间相互作用很弱，不存在类似电子之间那么强的库仑相互作用，这样不仅可以减少能量损失，而且容易实现并行处理。因此，下一代器件无疑属于光器件。光子晶体是近二十年出现的一种新型人工结构功能材料，由于其在控制电磁波的传播方面具有普通光学器件所无法比拟的优良性能，因而光子晶体的研究在光学物理、凝聚态物理、电磁波、信息技术等领域引起了广泛的关注[’一。正是由于光子晶体的特殊性能和在光学、光电子学、信息科学中广泛的应用前景，有人预言光子晶体的研究有可能在21世纪推动信息技术产生新的突破将人类带入光子时代。
光子晶体的概念是1987年分别由S.John(7l和E.Yablonovich(gl各自独立提出来的。引起了世界各国科学家的研究热潮，随后经历了20年的发展，已经在微带[f9}}ol、光纤[”一，3l、集成光路(14-171等领域取得不少成果。近几年来，我国政府和科技界对光子晶体的研究也给予了相当的重视。光子晶体的研究先后得到了国家“863计划”(包含光电子器件和光电子、微电子系统集成技术主题，激光技术领域等方向)"973计划”(国家安全重大基础研究项目“军用光子/声子晶体基础研究”)的支持。2000年国家自然科学基金资助6项课题;2001年的指南中已列为重点研究项目，所资助的领域涉及光子晶体的理论研究、制备表征和应用等多个方向;2004年国家自然科学基金在重大基础研究项目中对光电信息功能材料(光子晶体)进行了重点资助((1000万人民币)。我国科学工作者在光子晶体材料的基础研究方面取得了一些令人瞩目的研究成果:我国中科院物理所顾本源等给出了一个普通描述光子晶体中辐射衰减的广义洛伦兹谱公式;中科院物理所光物理室提出了准晶和非晶光子晶体的概念;浙江大学何赛灵等提出了光子晶体负折射率介质的新应用;清华大学周济等提出了基于铁电陶瓷相变和光电效应的可调带隙光子晶体;复旦大学资剑教授课题提出了光子晶体偏振器;中国科学院物理研究所张道中教授提出的准晶结构光子晶体等均在国际同行中产生了一定的影响。
光子晶体简介及应用
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光子晶体及其应用的研究
(程立锋 物理电子学)
摘要：光子晶体(PbmDftic Crystal)是一种新型的人工材料，其最显著的特点就是具有光子禁带(Photonic B锄d．G￡lp，简称PBG)，频率落在光子禁带内的电磁波是禁止传播的，因而具有光子带隙的周期性奔电结构就称为光子晶体。近几年，光子晶体被广泛地应用于微波、毫米波的电路设计中。的滤波特性，加以优化，则可以实现带通滤波器。迄今为止，已有多种基于光子晶体的全新光子学器件被相继提出，包括无阈值的激光器，无损耗的反射镜和弯曲光路，高品质因子的光学微腔，低驱动能量的非线性开关和放大器，波长分辨率极高而体积极小的超棱镜，具有色散补偿作用的光子晶体光纤，以及提高效率的发光二极管等。光子晶体的出现使 光子晶体信息处理技术的"全光子化"和光子技术的微型化与集成化成为可能，它可能在未来导致信息技术的一次革命，其影响可能与当年半导体技术相提并论。
关键词：光子晶体；算法；应用；
1光子晶体简介
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在过去的半个世纪里，随着人们对电子在物质尤其是半导体中运动规律的研究，使得对电子控制能力的增加，从而产生了各种微电子器件以及大规模的集成电路。推动了电子工业和现代信息产业的迅猛发展，半导体技术在人们生活中扮演着越来越重要的角色。半导体的工作载体是电子，因此半导体的研究围绕着怎样利用和控制电子的特性。但近年来，电子器件的进一步小型化以及在减小能耗下提高运行速度变得越来越困难。人们感到了电子产业发展的极限，转而把目光投向了光子。
与电子相比，以光子作为信息和能量的载体具有优越性。光子是以光速运动的微观粒子，速度快；它的静止质量为零，彼此间不存在相互作用，即使光线交汇时也不存在相互干扰：它还有电子所不具备的频率和偏振等特征。电子能带和能隙结构是电子作为一种波的形式在凝聚态物质中传播的结构，而光子和电子一样具有波动性，那么是否存在这样一种材料，光子作为一种波的形式在其中传播也会产生光子能带和带隙。近来大量的理论和实验表明确实存在这样一种材料，其典型的结构是一个折射率周期变化的三维物体，它的周期为光的波长，折射率变化比较大时，会出现类似于电子情况的光子能带和带隙。这种具有光子能带和带隙的材料被称为光子晶体。
光子晶体及其器件的研究进展
深圳大学研究生课程论文
题目 光子晶体及其器件的研究进展 成绩
专业
课程名称、代码
年级 姓名
学 号 时间 2016 年 12 月
任课教师
子晶体及其器件的研究进展
摘要：光子晶体是一种具有光子带隙的新型材料，通过设计可以人为调控经典波的传输。由于光子晶体具有很多新颖的特性，使其成为微纳光子学和量子光学的重要研究领域。随着微加工技术的进步和理论的深入研究，光子晶体在信息光学以及多功能传感器等多个学科中也得到了广泛应用。本文介绍了光子晶体及其特征，概述了光子晶体器件的设计方法和加工制作流程，论述现阶段发展的几种光子晶体器件，并对光子晶体器件的发展趋势做了展望。
关键词：光子晶体；光子晶体的应用；发展趋势
Research progress of photonic crystals and devices
Abstract：Photonic crystal is a new material with photonic band gap, which can regulate the
transmission of classical wave artificially. Because it has many novel properties of photonic crystal,
光子晶体在光学器件中的设计与优化
光子晶体在光学器件中的设计与优化
第一章：引言
随着科学技术的不断进步，光子晶体作为一种新型的光学材料，其在光学器件中的应用越来越受到关注。光子晶体是一种具有周期性折射率分布的材料，可以控制光的传播、反射和折射等性质。本章将介绍光子晶体的基本原理和在光学器件中的设计与优化。
第二章：光子晶体的基本原理
光子晶体是由具有相同折射率的材料周期性排列而成的，其晶体结构具有禁带结构和布拉格衍射等特点。光子晶体的禁带结构可以使得特定波长的光在材料中不传播，从而实现光的选择性传输。布拉格衍射是光子晶体中的光波与晶格周期性结构相互作用的结果，可以使得光发生反射和折射等现象。光子晶体的这些特性可以被应用到光学器件的设计中。
第三章：光子晶体在光学波导中的应用
光波导是一种将光束限制在其特定的传播路径中的器件。光子晶体可以作为光学波导的基底材料，通过调节折射率等参数，可以实现对波导的性能进行设计和优化。通过合理的设计光子晶体的晶格结构，可以实现对特定波长光的传输，同时抑制其他波长的光的传输。这种特性使得光子晶体在光纤通信等领域有着广泛的应用。 第四章：光子晶体在光学传感器中的应用
光子晶体可以用于光学传感器中，通过改变光子晶体的结构参数，可以实现对特定物理量的敏感检测。例如，通过改变光子晶体的周期性结构，可以实现对环境中折射率的变化进行测量，从而达到检测温度、压力等物理量的目的。光子晶体的这种传感性能使得其在生物医学、环境监测等领域有着广泛的应用前景。
第五章：光子晶体在激光器中的应用
光子晶体可以应用于激光器中，通过调节光子晶体中的周期结构，可以实现对激光器输出波长和模式的控制。光子晶体激光器具有低阈值、高效率和窄线宽等优点，在通信、雷达等领域有着重要的应用价值。光子晶体激光器的设计与优化是实现其性能提升和应用拓展的关键。
第六章：光子晶体在光学调制器中的应用
光子晶体可以应用于光学调制器中，通过改变光子晶体中的折射率和周期性结构，可以实现对光的调制和控制。光子晶体光学调制器具有高调制速度、低驱动电压和小尺寸等优点，在光通信和光信息处理等领域具有广泛的应用前景。光子晶体光学调制器的设计与优化是提高其性能和实现应用的关键。
光子晶体的设计与制备
光子晶体的设计与制备
光子晶体是一种由周期性的介质构成的人工结构，具有特殊的光学性质。在光子晶体中，光波的传播受到晶格结构的限制，因此光子晶体具有光子禁带、光子态密度改变、光学传导等特性。光子晶体的设计和制备是光子学研究中的重要课题，本文将介绍光子晶体的设计原理和制备方法。
一、光子晶体的设计原理
光子晶体的设计首先需要考虑所需的光学性质，然后确定晶格结构和材料参数。常用的光子晶体设计方法有布拉格反射法、非完美的周期性拓扑结构法和自装配法。
1. 布拉格反射法
布拉格反射法是光子晶体设计中最常用的方法之一。通过布拉格定律，可以确定所需的光波长和折射率，从而选择合适的材料和晶格结构。布拉格反射法适用于单一频率的光子晶体设计。
2. 非完美的周期性拓扑结构法
非完美的周期性拓扑结构法是基于局部微结构的设计方法。通过在光子晶体中引入缺陷，可以实现对光的传播和控制。通过设计不同的缺陷结构和位置，可以实现对不同频率的光波的控制。
3. 自装配法
自装配法是一种基于自组织原理的设计方法。通过合适的材料设计和处理条件，使材料自行组装成期望的晶格结构。自装配法适用于制备大面积、多层次的光子晶体。
二、光子晶体的制备方法
光子晶体的制备方法多样，可以根据材料的性质和设计需求选择合适的方法。常用的制备方法包括溶胶-凝胶法、自组装法和光刻法。
1. 溶胶-凝胶法
溶胶-凝胶法是一种简单且成本较低的制备方法。该方法通过溶胶或凝胶前体溶液的制备，再经过凝胶反应、热处理等步骤，最终形成光子晶体结构。溶胶-凝胶法适用于制备无机和有机光子晶体。
2. 自组装法
自组装法是一种基于自组织性原理的制备方法。该方法通过合适的条件和表面修饰，使材料自行排列成所需的晶格结构。自组装法适用于制备介于纳米尺度和微米尺度的光子晶体。
3. 光刻法
光刻法是一种利用光敏剂和光刻胶的制备方法。先将光刻胶覆盖在基底材料上，然后通过光线照射和显影等步骤，形成所需的晶格结构。光刻法适用于制备微米尺度的光子晶体。
平板光子晶体本征模式研究（光学工程专业优秀论文）
国防科学技术大学研究生院学位论文
摘要
由于三维光子晶体加工困难，而平板光子晶体的加工相对容易并且保持了光子
晶体的带隙特性（导模带隙），因而成为实现光子晶体多项应用的实际有效的方案。
本文探讨了研究平板光子晶体的各种理论方法，对比了各种方法的优缺点，以及目
前的研究进展情况。在此基础上，我们用平面波超元算法重复了前人对导模的计算
结果，并在散射矩阵法的基础上，发展了一种新的搜索算法，来统一的解决平板光
予晶体的本征模式问题。
平面波超元算法的结果表明：
（１）平板光子晶体导模中存在带隙。
（２）平板光子晶体存在一个最佳厚度，使其导模带隙最大。
散射矩阵法的结果表明：
（１）本文提出的新的搜索算法计算的导模的结果和平面波超元算法的计算结
果相一致，辐射模式的结果和时域有限差分法的结果相一致，并能给出
本征模式的场分布，而且在给定的搜索精度内，收敛很快，表明它是解
决平板光子晶体本征模式的问题的强有效的方法。
（２）对对称平板光子晶体，新的搜索算法能根据入射场的对称性，对平板光
子晶体的本征模式进行分类。
关键词：平板光子晶体，超元，时域有限差分，散射矩阵，导模，辐射模
ＩＶ第
页国防科学技术大学研究生院学位论文
ＡＢＳＴＲＡＣＴ
Ｔｈｅ
ｐｈｏｔｏｎｉｃ
ｃｒｙｓｔａｌｓｌａｂ．ａ
ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｗｈｉｃｈｉｓｍｏｒｅａｍｅｎａｂｌｅ
ｔｏｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎｔｈａｎ
ｐｈｏｔｏｎｉｃｃｒｙｓｔａｌｓｗｉｔｈｆｕｌｌｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｂａｎｄ
ｇａｐｓ，ｂｕｔｒｅｔａｉｎｓ
ｏｒａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｓ
ｍａｎｙ
ｏｆｔｈｅｌａｔｔｅｒ’Ｓ
ｄｅｓｉｒａｂｌｅ
ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，ｂｅｃｏｍｅｓａｌｌａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅ
ｏｆｔｈｒｅｅ—ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ
ｐｈｏｔｏｎｉｃ
ｃｒｙｓｔａｌｓｉｎ
ｍａｎｙｎｏｖｅｌｄｅｖｉｃｅｓ．Ｉｎｔｈｉｓ
ｐａｐｅｒ，ｔｈｅ
ｐｌａｎｅｗａｖｅｍｅｔｈｏｄｗｉｔｈ
ｓｕｐｅｒｃｅｌｔ
ａｎｄ
ｔｈｅ
ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ—ｍａｔｒｉｘｍｅｔｈｏｄ
太赫兹波段二维光子晶体传输器的研究-物理电子学专业毕业论文
太赫兹波段二维光子晶体传输器的研究-物理电子学专业毕业论文
ABSTRACT
ABSTRACT
The terahertz(THz)region that lies between the millimeter and infrared region in
the electromagnetic spectrum,with frequencies ranging form 100 GHz协1 0000GHz，is
all important region。And it has been proved greatly potential applications in many domains
including imaging,environment monitoring,medical diagnosing and broadband
mobile communications．To date，progress in THz spectroscopy has been
ellormous such as THz-radiation emitters and detecto耀．THz spectroscopy techniques
uses mainly free space propagation of this far-infrared electromagnetic(E№wave and it
is to some extent difficult to control and guide．
Photonic crystals are optical structures with wavelength-scale periodic variations of
the refractive index。There are frequency bands，which called photonic bandgap,in the