光子晶体能带操控和微波传输性质

发布时间：2017-09-14 06:29

  本文关键词：光子晶体能带操控和微波传输性质

  更多相关文章： 光子晶体 能带 界面态 拓扑转变

【摘要】：光子晶体(PC)是介电材料周期排列的结构,可以实现对电磁波传播性质的操控。类似于半导体材料的能带及其带隙,光子晶体也具有这一重要特征。本文主要介绍光子晶体能带的性质以及如何操控能带,从而实现对电磁波传输的控制。在本文的第一章主要介绍光子晶体概念。光子晶体在很多方面有重要的应用诸如实现光子晶体波导和负折射。其次是介绍光子晶体能带的性质和能带操控的方法。同时,也会介绍光子晶体的等频率曲线,等频率曲线是表征系统性质的一个有效方法。再者介绍光子晶体样品制备的方法和手段,以及在微波频段开展光子晶体实验的方法与步骤。在论文第二章中我们通过调控光子晶体实现能带反转,用三种方法在二维光子晶体中实现了确定性界面态。不同于其他构建界面态的方法如对光子晶体进行表面修饰、运用光子晶体异质结构,我们能构建的光子晶体界面态具有确定性而且更容易实现。光子晶体表面阻抗是一个很重要的概念,两个光子晶体形成界面态的条件是两者表面阻抗相加为零。而且我们将表面阻抗和体能带的几何相位(Zak相位)联系起来,通过调控体能带的几何相位就可以决定两个光子晶体在共同带隙处是否存在界面态。我们的结果在光子晶体表面散射性质和体能带的性质以及形成界面态之间提供了一个新的深刻的见解。值得重点指出的是我们用二维光子晶体实现界面态的这一系统可以在微波段实验中实现,并且理论和实验能够很好的吻合。我们还用光子晶体界面态实现多带波导,即在同一波矢不同频率下同时实现了界面态,这在光子晶体波导应用方面具有较好的前景。在第三章中,介绍光子晶体等频率曲线的拓扑转变的性质。我们调控各向异性光子晶体的能带结构,打破在布里渊区中心三重简并的狄拉克锥色散,光子晶体的等频率曲线因此会变得更加的复杂。在各向同性的介质材料中等频率曲线是圆形,并且随着频率的改变,等频率曲线会变大或者变小,在狄拉克点处就变成了一个点。然而在我们的系统中随着频率的变化等频率曲线会出现椭圆、双曲线、线性相交的线许多种不同形状,这意味着我们的光子晶体结构具有更多更有趣的性质。我们运用线性相交的等频率曲线这一性质在实验中实现了光束分裂,并且光束分裂的角度可经由光子晶体柱长宽比调控。通过调控等频率曲线就实现对光束的任意调控。我们还用各向异性光子晶体实现了隐身,通过处处旋转不同的光子晶体介质柱组成的光子晶体来控制光束的传播方向,就可以实现对任意形状的物体的隐身,并且被隐身物体的大小可以达到波长的十倍多。虽然我们的实验是在微波频段开展,但由于只是使用了折射率有限的介质材料,随着纳米科学和微加工技术的发展,我们的光子晶体结构完全可以扩展到红外和可见光波段从而实现更多的应用。最后,我们总结了本论文的研究工作,并简要讨论了下一步的工作方向。
【关键词】：光子晶体 能带 界面态 拓扑转变
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O734
【目录】：

• 中文摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-27
• 1.1 光子晶体概述10-13
• 1.2 光子晶体能带操控原理13-16
• 1.3 光子晶体能带操控方法16-20
• 1.4 光子晶体实验手段20-21
• 1.5 本文的主要工作21-23
• 参考文献23-27
• 第二章 光子晶体中的确定性界面态27-52
• 2.1 光子晶体波导概述27-31
• 2.2 二维光子晶体中确定性界面态31-39
• 2.3 反转结构的光子晶体实现界面态39-43
• 2.4 光子晶体实现多带波导43-47
• 2.5 结论47-48
• 参考文献48-52
• 第三章 各向异性光子晶体的拓扑变化52-65
• 3.1 引言52-53
• 3.2 各向异性光子晶体拓扑变化性质53-57
• 3.3 光束分裂以及隐身应用57-60
• 3.4 结论60-62
• 参考文献62-65
• 第四章 总结与展望65-67
• 攻读硕士学位期间公开发表的论文及科研成果67-68
• 致谢68-69

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本文编号：848421