光子晶体负折射与谷拓扑态传输的研究

发布时间：2024-12-07 04:10

　　光子晶体是具有周期性空间结构和带隙的人工复合材料,由于其对于电磁波的出色的操控能力,近年来一直备受关注。现在,光子晶体的概念和设计方法己经被广泛用于光通信、传感等领域,用于开发高性能、微型化、高集成度的微纳光子器件和新型光学材料。通过调控光子晶体的材料参数,可以实现Dirac锥形色散结构。Dirac线性色散关系由于其奇特的物理特性,在调制电磁波、折射率调控、慢光、拓扑绝缘体等领域具有重要的应用前景。本文围绕着Dirac锥形色散关系的物理机制及其相关应用展开研究。结合有限元仿真软件COMSOL Multiphysics,主要对光子晶体类狄拉克锥的负折射率特性以及狄拉克锥的拓扑效应展开了讨论。主要研究工作和成果如下:1、数值研究了三角晶格排布的二维光子晶体的能带特性,在其布里渊中心点获得了三重简并的类狄拉克(Dirac-like)锥。并利用平均场理论,计算出类狄拉克点附近的有效介电常数和磁导率的关系。并通过对等频图的分析,揭示了Dirac-like锥的各向同性行为。此外,通过Comsol仿真软件进一步对逆斯涅尔定律效应、负古斯汉欣位移和超聚焦透镜的传输现象进行数值模拟,验证了所设计光子晶体结...

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【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1.1摩尔定律所预测的单个芯片上晶体管数目的增长

1第一章绪论1.1光子晶体1.1.1光子晶体的发展1965年4月，英特尔(Intel)创始人之一戈登·摩尔在搜集了集成电路上晶体管数量的数据后提出了摩尔(Moore)定律[1]。这个定律是指在集成电路价格不变的条件下，每隔约18个月其可容纳的晶体管数目便会增加一倍，并且性能也将提....

图1.2光子晶体的分类

2在1987年，Yablonovich和John分别在研究抑制自发辐射[3]分和光子局域[4]时发现了新的现象：介电常数按照周期性排列会影响电磁波的传播。同年，他们基于这种周期性的结构提出了光子晶体的概念—折射率不同的介质材料周期性排列而成的人工复合结构。光子晶体的概念类似于固体....

图1.3以蜂窝晶格排列的碳的同素异形体：零维富勒烯、一维碳纳米管以及三维石墨

4图1.3以蜂窝晶格排列的碳的同素异形体：零维富勒烯、一维碳纳米管以及三维石墨1.2基于光子晶体的Dirac锥形色散关系1.2.1Dirac锥及其性质Dirac方程是英国物理学家狄拉克提出的描述自旋为1/2的粒子波函数的方程[24,25]，即2Hcpmc（1.1）其中c为光速，α....

图1.4（a）外加磁场引起的拓扑边界态；（b）免疫缺陷的拓扑边界态；（c）利用量子自旋霍尔效应和量子霍尔效应构建的边界态

9散射边缘态[70]，为拓扑光子学的发展做出了卓越的贡献。这种拓扑边界态在实空间体现为，电磁波在杂质或者结构缺陷的微扰之下依旧可以保持系统的鲁棒性。同年，武汉大学的徐红星教授研究了拓扑边界态对缺陷的独特的免疫能力，为构建快速、纳米级、缺陷免疫的光子器件奠定了基础[71]。加州大学....

本文编号：4014778