一维光子晶体结构的理论研究

发布时间：2017-03-22 11:25

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【摘要】：光子晶体是一门正在蓬勃发展的新学科，它从八十年代提出至今已经取得了很大的成就，它的出现引起了学术界和科学技术领域的广泛重视。但是随着时间的推移，光子晶体的这种简单的周期结构已经很难满足日益增长的需求，于是有光量子阱结构的出现。光量子阱是一种光子晶体插到另一种具有不同能带结构的光子晶体中所构成的，由于阱区和垒区的能级不同，使得光子在光量子阱结构中的状态具有特殊的光子性能。 本文选择了一维光子晶体结构为研究对象，在此基础初上又研究了一维光子晶体光量子阱结构，加以轴向应力分析它的透射谱线的情况。 首先，文中回顾了麦克斯韦方程组，因为它的建立预见了电磁波的存在并且为光子晶体的出现打下了坚实的基础。接着详细介绍了光子晶体、负折射率材料、光量子阱和介观压阻效应研究的国内外发展现状。 其次，文中通过对麦克斯韦方程组微分形式和积分形式的分析，推导出电磁波在介质中传播时电场强度和磁感应强度的波动方程。接着详细介绍了光子晶体的基本概念、分类、物理特征、理论分析方法、制备方法和应用。 再次，文中根据光子晶体中理论分析方法之一的传输矩阵法推导一维光子晶体的传输特性。接着建立一个二元一维光子晶体理论模型来分析它的反射谱线，通过保持一种介质厚度不变，增大或减小另一种介质的厚度，其最终结果明显不同。 第四，文中详细给出光量子阱的概念，接着建立了一维光量子阱结构的模型并且对它进行了数据模拟和分析，同时也对含负折射率材料的一维光量子阱结构的透射特性进行模拟和分析。 最后，，文中详细给出了应力和应变的概念和分类，接着给出共振隧穿结构及其工作原理，经过计算和推理得出轴向应变对双势垒结构共振隧穿的影响。通过建立适当的模型计算和分析光子晶体的透射情况得到介观压光效应并给出衡量这种效应的强弱的压光系数。 综上所述，本文是在介观压阻效应的基础上，建立适当的模型来计算和分析光子通过特定结构的光子晶体的透射情况来得到介观压光效应。
【关键词】：麦克斯韦方程组 光子晶体 光量子阱 介观压光效应 透射谱线
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：O734
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 第一章 绪论12-17
• 1.1 论文研究的背景基础12
• 1.2 论文研究的国内外发展现状12-16
• 1.2.1 光子晶体的研究进展12-14
• 1.2.2 负折射率材料的研究进展14
• 1.2.3 光量子阱的研究进展14-15
• 1.2.4 介观压阻效应的研究进展15-16
• 1.3 论文研究的主要内容16-17
• 第二章 光子晶体17-29
• 2.1 引言17
• 2.2 麦克斯韦方程组的形式17-19
• 2.2.1 麦克斯韦方程组的积分形式和微分形式17-18
• 2.2.2 电磁波在介质中的传播时电场强度和磁感应强度波动方程的推导18-19
• 2.3 光子晶体的基本概念、分类和物理特征19-21
• 2.4 光子晶体的理论分析方法21-23
• 2.4.1 平面波展开法21-22
• 2.4.2 有限时域差分法22
• 2.4.3 多重散射法22
• 2.4.4 传输矩阵法22-23
• 2.5 光子晶体的制备方法23-26
• 2.5.1 自然生长法23-24
• 2.5.2 机械打孔法24
• 2.5.3 层层堆积法24-25
• 2.5.4 薄膜生长法25
• 2.5.5 胶体自组织密堆积法25-26
• 2.6 光子晶体应用26-28
• 2.6.1 光子晶体微波天线26
• 2.6.2 光子晶体波导26-27
• 2.6.3 光子晶体光纤27-28
• 2.6.4 光子晶体发光二级管28
• 2.7 本章小结28-29
• 第三章 (ABAB)~n型光子晶体结构的计算结果和分析29-37
• 3.1 推导一维光子晶体的传输特性29-32
• 3.2 建立一维光子晶体( ABAB )n理论模型32-34
• 3.3 (ABAB)~n型光子晶体结构的计算结果和分析34-36
• 3.4 本章小结36-37
• 第四章 一维光子晶体光量子阱结构的透射谱结构与分析37-46
• 4.1 光量子阱概念37
• 4.2 一维光子晶体光量子阱的透射谱结构与分析37-40
• 4.3 含负折射率材料的光量子阱结构的透射特性40-44
• 4.3.1 负折射效应40-41
• 4.3.2 负折射率材料41-43
• 4.3.3 含负折射率材料的光量子阱结构的透射特性43-44
• 4.4 本章小结44-46
• 第五章 轴向应变对一维光子晶体光量子阱结构共振隧穿的影响3546-62
• 5.1 应力和应变46-47
• 5.1.1 应力的分类46
• 5.1.2 应变的分类46-47
• 5.2 共振隧穿结构47-50
• 5.2.1 隧穿效应47-49
• 5.2.2 共振隧穿结构及其工作原理49-50
• 5.3 压阻效应50-54
• 5.3.1 等效压阻效应50-51
• 5.3.2 介观压阻效应51-53
• 5.3.3 双势垒共振隧穿结构的介观压阻效应53-54
• 5.4 弹光效应54-55
• 5.5 单轴应力对光子晶体折射率的影响55-56
• 5.6 轴向应变对光量子阱结构共振隧穿的影响56-59
• 5.7 轴向应变下的介光压光效应59-60
• 5.8 本章小结60-62
• 第六章 总结及展望62-64
• 参考文献64-68
• 攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果68-69
• 致谢69

【参考文献】

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本文编号：261430