基于简并模式的Fano共振的机制及其应用研究
发布时间：2023-02-17 20:49
高品质因子(Q值)Fano共振有着广泛的应用,比如高灵敏度生物传感器、激光、光开关等。Fano共振由一个宽谱的明模和一个窄谱的暗模干涉形成,它具有特殊的尖锐非对称线形,在获得高品质因子方面有很大优势,吸引了等离子体激元、超材料、光学、电磁学等领域学者的广泛关注。金属材料在光学频段具有不可避免的损耗,因此人们把研究Fano共振的目光更多的聚集在了利用介质颗粒米氏散射来实现上面。近年来,利用单一高介电常数(εr>60)介质米氏散射模产生Fano共振及连续域束缚态(Bound State in Continuum,BIC)方面的研究引起了学者们的极大兴趣,BIC一个很大的特点就是品质因子以指数级别增长,理论上会达到无穷大。但是散射波较难被引导传输,同时极高的介电常数要求也大大降低了普通介质材料在这方面的应用。光子晶体禁带具有优秀的局域特性,因此光子晶体谐振腔具有高品质因子和小模式体积等优点,与Fano共振相结合可以实现更加优秀的谐振和局域特性。经典的光子晶体Fano共振结构采用波导-腔耦合或腔-腔耦合来构造明模-暗模的耦合从而产生Fano共振,这样的结构体积较大,...
【文章页数】：134 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 Fano共振基本理论和研究现状
1.1.1 单介质结构中的Fano共振研究
1.1.2 超表面中的Fano共振研究
1.1.3 新材料中的Fano共振及Fano共振新理论
1.2 光子晶体中的Fano共振研究概况
1.2.1 光子晶体器件简介
1.2.2 光子晶体中Fano共振的理论研究
1.2.3 光子晶体中Fano共振的应用研究
1.3 本文的主要工作及创新
1.4 整篇学位论文的结构
第二章 光子晶体谐振腔分析研究方法
2.1 光子晶体中的波动理论
2.2 平面波展开法(PWE)
2.3 时域有限差分法(FDTD)
2.3.1 麦克斯韦方程的差分形式
2.3.2 稳定性条件及边界条件
2.3.3 激励源的设置
2.4 本章小结
第三章 介质柱谐振腔的背景及角向不对称与Fano共振
3.1 圆柱缺陷柱谐振腔中的简并模
3.1.1 物理模型和能带分析
3.1.2 谐振腔背景不对称因素对Fano共振的影响
3.2 椭圆缺陷柱谐振腔
3.2.1 物理模型与能带分析
3.2.2 椭圆缺陷柱单腔中与圆形缺陷柱重合的Fano共振点
3.2.3 椭圆缺陷介质柱中的新增Fano共振点
3.3 十字点缺陷腔
3.3.1 物理模型与能带分析
3.3.2 仿真结果分析
3.4 本章小结
第四章 简并模产生的Fano共振腔特性研究
4.1 矩形缺陷柱谐振腔能带及模场分析
4.1.1 点缺陷结构的相交能带及模式
4.1.2 各模式的品质因子(Qc)
4.2 单边Qss值和平均能流密度分析
4.2.1 背景介质柱层数对单边品质因子Qss值的影响
4.2.2 平均能流密度分析
4.3 Fano共振特性分析
4.3.1 类型I特性分析
4.3.2 类型II特性分析
4.3.3 交点F的详细分析
4.4 品质因子优化及原理分析
4.4.1 品质因子优化
4.4.2 PEC边界对称结构的Fano共振
4.4.3 大介电常数PML边界对称结构的Fano共振
4.5 本章小结
第五章 谐振腔耦合波导结构中的Fano共振
5.1 波导直接耦合谐振腔结构
5.1.1 物理模型与波导能带分析
5.1.2 类型I特性分析
5.1.3 类型II特性分析
5.1.4 波导禁带中的Fano共振
5.2 波导边耦合谐振腔结构
5.3 本章小结
第六章 高品质因子Fano共振应用研究
6.1 实心缺陷介质柱谐振腔传感器
6.1.1 椭圆缺陷介质柱谐振腔传感器
6.1.2 十字缺陷介质柱谐振腔传感器
6.1.3 矩形缺陷介质柱谐振腔传感器
6.2 空心缺陷介质柱谐振腔传感器
6.2.1 矩形空心缺陷介质柱传感器
6.2.2 PEC边界矩形空心缺陷介质柱传感器
6.3 本章小结
第七章 总结与展望
7.1 总结
7.2 实验研究展望
7.3 基于光子晶体单腔简并模的Fano共振应用研究展望
参考文献
深圳大学指导教师对学位论文的学术评语
深圳大学研究生学位(毕业)论文答辩委员会决议书
致谢
攻读博士学位期间的研究成果
本文编号：3744561
【文章页数】：134 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 Fano共振基本理论和研究现状
1.1.1 单介质结构中的Fano共振研究
1.1.2 超表面中的Fano共振研究
1.1.3 新材料中的Fano共振及Fano共振新理论
1.2 光子晶体中的Fano共振研究概况
1.2.1 光子晶体器件简介
1.2.2 光子晶体中Fano共振的理论研究
1.2.3 光子晶体中Fano共振的应用研究
1.3 本文的主要工作及创新
1.4 整篇学位论文的结构
第二章 光子晶体谐振腔分析研究方法
2.1 光子晶体中的波动理论
2.2 平面波展开法(PWE)
2.3 时域有限差分法(FDTD)
2.3.1 麦克斯韦方程的差分形式
2.3.2 稳定性条件及边界条件
2.3.3 激励源的设置
2.4 本章小结
第三章 介质柱谐振腔的背景及角向不对称与Fano共振
3.1 圆柱缺陷柱谐振腔中的简并模
3.1.1 物理模型和能带分析
3.1.2 谐振腔背景不对称因素对Fano共振的影响
3.2 椭圆缺陷柱谐振腔
3.2.1 物理模型与能带分析
3.2.2 椭圆缺陷柱单腔中与圆形缺陷柱重合的Fano共振点
3.2.3 椭圆缺陷介质柱中的新增Fano共振点
3.3 十字点缺陷腔
3.3.1 物理模型与能带分析
3.3.2 仿真结果分析
3.4 本章小结
第四章 简并模产生的Fano共振腔特性研究
4.1 矩形缺陷柱谐振腔能带及模场分析
4.1.1 点缺陷结构的相交能带及模式
4.1.2 各模式的品质因子(Qc)
4.2 单边Qss值和平均能流密度分析
4.2.1 背景介质柱层数对单边品质因子Qss值的影响
4.2.2 平均能流密度分析
4.3 Fano共振特性分析
4.3.1 类型I特性分析
4.3.2 类型II特性分析
4.3.3 交点F的详细分析
4.4 品质因子优化及原理分析
4.4.1 品质因子优化
4.4.2 PEC边界对称结构的Fano共振
4.4.3 大介电常数PML边界对称结构的Fano共振
4.5 本章小结
第五章 谐振腔耦合波导结构中的Fano共振
5.1 波导直接耦合谐振腔结构
5.1.1 物理模型与波导能带分析
5.1.2 类型I特性分析
5.1.3 类型II特性分析
5.1.4 波导禁带中的Fano共振
5.2 波导边耦合谐振腔结构
5.3 本章小结
第六章 高品质因子Fano共振应用研究
6.1 实心缺陷介质柱谐振腔传感器
6.1.1 椭圆缺陷介质柱谐振腔传感器
6.1.2 十字缺陷介质柱谐振腔传感器
6.1.3 矩形缺陷介质柱谐振腔传感器
6.2 空心缺陷介质柱谐振腔传感器
6.2.1 矩形空心缺陷介质柱传感器
6.2.2 PEC边界矩形空心缺陷介质柱传感器
6.3 本章小结
第七章 总结与展望
7.1 总结
7.2 实验研究展望
7.3 基于光子晶体单腔简并模的Fano共振应用研究展望
参考文献
深圳大学指导教师对学位论文的学术评语
深圳大学研究生学位(毕业)论文答辩委员会决议书
致谢
攻读博士学位期间的研究成果
本文编号：3744561
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/3744561.html
