一维光子晶体滤波及辐射特性研究
发布时间：2021-11-20 16:03
光子晶体结构对光谱反射、吸收和透射具有强大的选择调控能力,可按照人类需求对光谱进行选择性的调控和裁剪,获取所需要的光谱信号,可广泛运用于光谱探测和新能源等领域。本论文基于光子晶体结构出发,从可见到红外波段,理论模拟设计不同一维光子晶体结构的光学性质,并用于窄带滤波器光学元件、辐射制冷器件等研究。具体成果如下:1、设计并制备出带宽低于1nm且具有较高透过率的1064nm超窄带滤波器,其半高宽最窄可达0.31nm,且具有良好的窄带滤波作用。探究优化镀膜工艺条件以获得消光系数尽可能小的Ta2O5、SiO2薄膜材料,提出了一种光学薄膜材料光学常数的在线检测方法,通过镀膜过程中的光强透射率与膜层厚度的对应关系,拟合得到相应工艺条件下沉积的膜的光学常数。并基于此方法,优化镀膜工艺,获得消光系数小的薄膜材料;最后优化监控方式,最终获得4种不同光子晶体窄带滤波器光学元件。其在低于1nm的半高宽下依旧有75%的透过率,并从实验上验证了随着光子晶体周期数n的增加,窄带滤波器半高宽与峰值透过率逐渐减小。2、编辑辐射制冷功率计算程序,并基于此对...
【文章来源】：上海师范大学上海市
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
电磁波谱图及其不同波段光谱
上海师范大学硕士学位论文第1章绪论3式中，第一个指数项exp(2kd/)是场强振幅衰减因子，第二个指数项expi(t2nd/)是场相位变化因子，其中，nd一般也叫做为光程。而物质对光的反射、透射(折射)可由菲涅尔(Fresnel)公式描述。如图1-2所示，一束光入射一界面后，一部分光反射，一部分光折射。将其中的入射、反射、透射(折射)光的电场平面波动方程带入麦克斯韦方程组(1-1)，在边界条件的限制下，便可推导出菲涅尔公式，如公式(1-6)、(1-7)所示。图1-2光在物质界面上的传播。如下式(1-6)所示，分别表示了光的s分量和p分量：coscoscoscoscoscoscoscoscoscoscoscoscoscosrsitsisittsisisitrptipiptirpipiptiEnnrEnnEntEnnEnnrEnnEntEnn012012010120120120101222(1-6)得到了反射系数和透射系数，s分量和p分量的反射比与透射比便可表示为：
上海师范大学硕士学位论文第1章绪论51.1.2光子晶体简介众所周知，纵使表象千变万化，宇宙万物都遵循着相同的自然规律，其内在机理高度统一。光子晶体的产生正是是科学家们将光子类比于电子在普通晶体中传播规律的基础上所发展来的。它属于光学与凝聚态物理交叉的新领域，也是近年来应用物理学中的一个热门研究课题。光子晶体(PhotonicCrystal)是由不同折射率的介质周期性排列而成的人工微结构。早在1987年由S.John[1]和E.Yablonovitch[2]分别独立提出，他们都提出了介电函数作周期性变化的结构能够影响材料中光子的状态模式，形成光子带隙。不同的是，S.John侧重于研究无序的介质对光局域化的影响，而Yablonovitch主要着眼于控制材料自发辐射性质。与半导体晶格对电子波函数的调制类似，光子带隙材料能够调制具有相应波长的电磁波。当电磁波在由光的折射率指数的周期性变化产生的光带隙结构中传播时，由于存在布拉格散射而受到调制，其进一步传输受到抑制，在这一范围内的波段区间，电磁波的传输被禁止，故而对此波段范围就称作光子禁带[3]。由此设计出能够调控光子性质、光传播路径以及具有光谱选择特性的材料结构，我们称为光子晶体结构。由上所述，光子晶体的主要特征是其可形成光子禁带，当光的频率在光子禁带内时在光子晶体中任何方向都不能传播，因此它具有能够抑制材料中原子分子的自发辐射的光电子学特性，这在基础研究和现实应用上都将有巨大潜力。我们可根据光子晶体周期性排列的维数不同，分为一维光子晶体(1-DPC)、二维光子晶体(2-DPC)、三维光子晶体(3-DPC)[4]，如图1-3所示。图1-3光子晶体结构(a)一维、(b)二维、(c)三维同理，我们也可根据光子晶体的形成方式，将其分为天然光子晶体结构和人造光子晶体结构。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于一维光子晶体的1064nm激光窄带滤光膜的设计[J]. 林伟丽,邱桂花,韩建龙,于名讯,张瑞蓉,牛玉超. 红外技术. 2019(03)
[2]基于离子束溅射Ta2O5薄膜的紫外吸收膜技术[J]. 姜玉刚,刘华松,陈丹,王利栓,李士达,刘丹丹,姜承慧,季一勤. 光学精密工程. 2019(03)
[3]基于角度调谐的光子晶体滤波特性研究[J]. 张杨,温建华,杨毅彪,费宏明,陈智辉. 太原理工大学学报. 2015(06)
[4]一维缺陷光子晶体传输特性研究[J]. 孙冬丽. 机电信息. 2014(06)
[5]589nm激光器光路整合系统滤光膜的研制[J]. 付秀华,黄金龙,莫朝燕,王煜. 中国激光. 2013(03)
[6]金属嵌入对三角晶格耦合腔光波导群速度的影响[J]. 屈道宽,张建心,冯帅,王义全,李英骏. 光子学报. 2010(04)
[7]1064nm激光平板偏振膜的研制[J]. 贺才美,陈德江,涂建军,缪金义,陈忠,杜亚清. 激光与红外. 2009(12)
[8]多种因素对TiO2薄膜折射率的影响[J]. 李云. 西安邮电学院学报. 2008(05)
[9]二维光子晶体异质结Order-N数值研究[J]. 汤炳书,李正华,刘丽丽,沈廷根. 中国激光. 2006(09)
[10]石英晶体振荡法监控膜厚研究[J]. 占美琼,张东平,杨健贺,洪波,邵建达,范正修. 光子学报. 2004(05)
博士论文
[1]光电器件微/纳尺度热辐射特性与调控方法研究[D]. 张玉涛.南京理工大学 2017
[2]宽波段宽角度新型减反射膜的设计与制备研究[D]. 李资政.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2016
[3]WDM薄膜滤光片和分束器的设计与制造研究[D]. 李晓平.华中科技大学 2005
硕士论文
[1]基于石墨烯表面等离激元与极化激元的传输特性的研究[D]. 董璐.西安电子科技大学 2018
[2]一维Si/SiO2光子晶体滤波特性的研究[D]. 有毅.太原理工大学 2018
[3]人工微纳结构的红外光谱选择与非对称透射特性研究[D]. 陟颖.上海师范大学 2018
[4]SiO2和Si3N4薄膜的PECVD沉积及在半导体光电子器件中的应用研究[D]. 张檀威.北京邮电大学 2010
本文编号：3507673
【文章来源】：上海师范大学上海市
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
电磁波谱图及其不同波段光谱
上海师范大学硕士学位论文第1章绪论3式中，第一个指数项exp(2kd/)是场强振幅衰减因子，第二个指数项expi(t2nd/)是场相位变化因子，其中，nd一般也叫做为光程。而物质对光的反射、透射(折射)可由菲涅尔(Fresnel)公式描述。如图1-2所示，一束光入射一界面后，一部分光反射，一部分光折射。将其中的入射、反射、透射(折射)光的电场平面波动方程带入麦克斯韦方程组(1-1)，在边界条件的限制下，便可推导出菲涅尔公式，如公式(1-6)、(1-7)所示。图1-2光在物质界面上的传播。如下式(1-6)所示，分别表示了光的s分量和p分量：coscoscoscoscoscoscoscoscoscoscoscoscoscosrsitsisittsisisitrptipiptirpipiptiEnnrEnnEntEnnEnnrEnnEntEnn012012010120120120101222(1-6)得到了反射系数和透射系数，s分量和p分量的反射比与透射比便可表示为：
上海师范大学硕士学位论文第1章绪论51.1.2光子晶体简介众所周知，纵使表象千变万化，宇宙万物都遵循着相同的自然规律，其内在机理高度统一。光子晶体的产生正是是科学家们将光子类比于电子在普通晶体中传播规律的基础上所发展来的。它属于光学与凝聚态物理交叉的新领域，也是近年来应用物理学中的一个热门研究课题。光子晶体(PhotonicCrystal)是由不同折射率的介质周期性排列而成的人工微结构。早在1987年由S.John[1]和E.Yablonovitch[2]分别独立提出，他们都提出了介电函数作周期性变化的结构能够影响材料中光子的状态模式，形成光子带隙。不同的是，S.John侧重于研究无序的介质对光局域化的影响，而Yablonovitch主要着眼于控制材料自发辐射性质。与半导体晶格对电子波函数的调制类似，光子带隙材料能够调制具有相应波长的电磁波。当电磁波在由光的折射率指数的周期性变化产生的光带隙结构中传播时，由于存在布拉格散射而受到调制，其进一步传输受到抑制，在这一范围内的波段区间，电磁波的传输被禁止，故而对此波段范围就称作光子禁带[3]。由此设计出能够调控光子性质、光传播路径以及具有光谱选择特性的材料结构，我们称为光子晶体结构。由上所述，光子晶体的主要特征是其可形成光子禁带，当光的频率在光子禁带内时在光子晶体中任何方向都不能传播，因此它具有能够抑制材料中原子分子的自发辐射的光电子学特性，这在基础研究和现实应用上都将有巨大潜力。我们可根据光子晶体周期性排列的维数不同，分为一维光子晶体(1-DPC)、二维光子晶体(2-DPC)、三维光子晶体(3-DPC)[4]，如图1-3所示。图1-3光子晶体结构(a)一维、(b)二维、(c)三维同理，我们也可根据光子晶体的形成方式，将其分为天然光子晶体结构和人造光子晶体结构。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于一维光子晶体的1064nm激光窄带滤光膜的设计[J]. 林伟丽,邱桂花,韩建龙,于名讯,张瑞蓉,牛玉超. 红外技术. 2019(03)
[2]基于离子束溅射Ta2O5薄膜的紫外吸收膜技术[J]. 姜玉刚,刘华松,陈丹,王利栓,李士达,刘丹丹,姜承慧,季一勤. 光学精密工程. 2019(03)
[3]基于角度调谐的光子晶体滤波特性研究[J]. 张杨,温建华,杨毅彪,费宏明,陈智辉. 太原理工大学学报. 2015(06)
[4]一维缺陷光子晶体传输特性研究[J]. 孙冬丽. 机电信息. 2014(06)
[5]589nm激光器光路整合系统滤光膜的研制[J]. 付秀华,黄金龙,莫朝燕,王煜. 中国激光. 2013(03)
[6]金属嵌入对三角晶格耦合腔光波导群速度的影响[J]. 屈道宽,张建心,冯帅,王义全,李英骏. 光子学报. 2010(04)
[7]1064nm激光平板偏振膜的研制[J]. 贺才美,陈德江,涂建军,缪金义,陈忠,杜亚清. 激光与红外. 2009(12)
[8]多种因素对TiO2薄膜折射率的影响[J]. 李云. 西安邮电学院学报. 2008(05)
[9]二维光子晶体异质结Order-N数值研究[J]. 汤炳书,李正华,刘丽丽,沈廷根. 中国激光. 2006(09)
[10]石英晶体振荡法监控膜厚研究[J]. 占美琼,张东平,杨健贺,洪波,邵建达,范正修. 光子学报. 2004(05)
博士论文
[1]光电器件微/纳尺度热辐射特性与调控方法研究[D]. 张玉涛.南京理工大学 2017
[2]宽波段宽角度新型减反射膜的设计与制备研究[D]. 李资政.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2016
[3]WDM薄膜滤光片和分束器的设计与制造研究[D]. 李晓平.华中科技大学 2005
硕士论文
[1]基于石墨烯表面等离激元与极化激元的传输特性的研究[D]. 董璐.西安电子科技大学 2018
[2]一维Si/SiO2光子晶体滤波特性的研究[D]. 有毅.太原理工大学 2018
[3]人工微纳结构的红外光谱选择与非对称透射特性研究[D]. 陟颖.上海师范大学 2018
[4]SiO2和Si3N4薄膜的PECVD沉积及在半导体光电子器件中的应用研究[D]. 张檀威.北京邮电大学 2010
本文编号：3507673
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