基于Ce：YIG—维磁光光子晶体的光学特性研究

发布时间：2017-08-22 18:06

  本文关键词：基于Ce：YIG—维磁光光子晶体的光学特性研究

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【摘要】：光子晶体是在1987年由E.Yablonovitch和S.John分别在研究光子禁带和光子局域化时各自独立提出的。光子晶体是指具有光子带隙特性的人造周期性电介质材料,其中电介质薄膜层的厚度与入射光的波长在一个数量级上。磁光光子晶体是由磁性介质和电介质构成,它既具有光子晶体的特征,又具有磁性材料的磁光效应,可以用来制备光开关、光隔离器、调制器等光学器件。一维磁光光子晶体则是由折射率不同的电介质和磁光介质在一个方向上呈周期性或者准周期性排列,在其余两个维度上均匀分布的周期性结构材料。首先,利用Berreman矩阵分别推导出了TE偏振光和TM偏振光作为入射光,斜入射情况下通过一维磁光光子晶体的传输矩阵方程,利用传输矩阵方程计算出了法拉第旋转角,透射率和椭圆率角的具体表达式。其次,利用传输矩阵方程,研究了一维磁光光子晶体在不同构造,不同排列周期的情况下法拉第旋转角和透射率的变化规律。研究表明,存在一个中心波长的禁带区间,在禁带区间内,法拉第旋转角在零度左右;不同波长的入射光通过磁光光子晶体时,长波长带边的场强主要局域在磁光介质中,短波长处的场强主要局域在普通电介质中。由于在磁光介质具有更强的散射,所以一维磁光光子晶体对不同频率的入射光,在长波长处的法拉第旋转角大于短波长处的法拉第旋转角;随着入射角度的增大,TE偏振光和TM偏振光的禁带变化规律是一样的,向短波长的方向移动;TE偏振光带边的法拉第旋转角会变小,TM偏振光则相反。最后,我们分别讨论了两种特殊构型的共轭异质结和共轭多异质结结构磁光光子晶体的磁光特性,包括法拉第旋转角、椭圆率角和透射率。研究表明,在共轭异质结结构中随着构成异质结两边光子晶体周期层数的增加透射率会降低,法拉第旋转角却变大,做不到拥有大的法拉第旋转角的同时还有高的透射率。在多共轭异质结类型的一维磁光光子晶体中,可以实现45度法拉第旋转角的同时具有高的透射率。以上研究对新型磁光器件的制备和应用具有参考价值,在光信息处理和光通信有望得到应用。
【关键词】：光子晶体 磁光光子晶体 透射率 法拉第旋转角 传输矩阵
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O734
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 符号说明8-11
• 第1章 绪论11-19
• 1.1 课题背景及研究目的11-12
• 1.2 光子晶体综述12-15
• 1.2.1 光子晶体的分类12-14
• 1.2.2 光子晶体的主要特征14-15
• 1.3 光子晶体的主要研究方法15-16
• 1.4 磁光光子晶体概况16-18
• 1.4.1 磁光光子晶体综述16
• 1.4.2 法拉第效应16-17
• 1.4.3 克尔效应17-18
• 1.5 本学位论文主要研究内容和意义18-19
• 第2章 传输矩阵的理论推导19-31
• 2.1 引言19
• 2.2 电介质和磁光介质的介电张量19-20
• 2.3 各向异性磁光介质层中传输矩阵的推导20-24
• 2.4 各向同性电介质层中传输矩阵的推导24-26
• 2.5 入射波分别为TM和TE波时介质层前后波函数的传输矩阵26-28
• 2.6 本章小结28-31
• 第3章 一维磁光光子晶体的光学传输特性31-47
• 3.1 引言31-32
• 3.2 物理模型32
• 3.3 TM波和TE波情况下介质层的传输矩阵32-34
• 3.3.1 TM波情况下介质层前后波函数的传输矩阵32-33
• 3.3.2 TE波情况下介质层前后波函数的传输矩阵33-34
• 3.4 结果和讨论34-46
• 3.4.1 周期结构n（MDM)// 一维磁光光子晶体的光学特性34-43
• 3.4.2 周期结构n（DMD)// 一维磁光光子晶体的光学特性43-46
• 3.5 本章小结46-47
• 第4章 共轭异质结结构一维磁光光子晶体光学传输特性47-63
• 4.1 引言47-48
• 4.2 物理模型48
• 4.3 波函数传输矩阵48-51
• 4.3.1 TM偏振光情况下介质层前后波函数的传输矩阵48-50
• 4.3.2 TE偏振光情况下介质层前后波函数的传输矩阵50-51
• 4.4 结果与讨论51-61
• 4.4.1 磁光光子晶体共轭异质结光学传输特性51-57
• 4.4.2 磁光光子晶体共轭多异质结光学传输特性57-61
• 4.5 本章小结61-63
• 总结与展望63-65
• 总结63-64
• 展望64-65
• 参考文献65-69
• 致谢69

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本文编号：720581