半导体光子晶体中单向太赫兹边缘模式的研究

发布时间：2024-06-02 15:37

　　太赫兹波因在光谱学、成像和通讯等方面具有广泛的应用而得到了广泛的关注和研究。在太赫兹波段,与大多数天然材料是高损耗介质相比,人工微结构材料(以空气为背景)具有很低的能量损耗,因此已经被广泛地用来调控太赫兹波。在这些人工微结构材料中,周期性介质形成的光子晶体由于具有光子带隙,因此可以在波长尺度上实现电磁场的高度局域化和对电磁波的灵活操控,从而被认为是调控和传导太赫兹波的有效平台。由于光子带隙的存在,光子晶体可以支持边缘电磁模式。磁光材料光子晶体的边缘电磁模式具有单向传输的特征,可用来实现非互易性太赫兹器件,因此研究单向边缘模式在太赫兹波段的物理特性具有重要的科学意义和应用前景。本论文考虑半导体光子晶体中的太赫兹单向边缘模式,采用平面波展开法、有限元法等数值模拟方法,围绕着太赫兹单向边缘模式的单向传输特性,开展了以下研究工作,主要内容包括:论文首先构建了半导体介质柱阵列型光子晶体,该光子晶体可以支持单向边缘模式,讨论了其单向传输特性和对其传输产生重要影响的物理参数。研究发现,在旋电半导体光子晶体的能带结构中,简并点在外磁场的作用下将会解除简并,从而产生一个新的光子带隙,在新的带隙中存在一个...

【文章页数】：97 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 引言
    1.2 太赫兹波
    1.3 光子晶体
        1.3.1 光子晶体的基本概念
        1.3.2 光子晶体的物理特性
    1.4 磁性光子晶体
        1.4.1 一维磁性光子晶体
        1.4.2 二维磁性光子晶体
        1.4.3 三维磁性光子晶体
    1.5 单向电磁边缘模式的研究进展
        1.5.1 钇铁石榴石(YIG)光子晶体的单向边缘模式
        1.5.2 磁表面等离子体激元的电磁表面态
    1.6 本论文的创新之处及研究内容
        1.6.1 本论文的创新之处及主要发现点
        1.6.2 论文的结构及研究内容
第2章 理论计算方法
    2.1 引言
    2.2 平面波展开法
    2.3 有限时域差分法
    2.4 有限元法
第3章 半导体光子晶体在THz波段单向边缘模式的特性
    3.1 引言
    3.2 物理模型及色散曲线
        3.2.1 禁带图的计算与分析
        3.2.2 结构模型及色散曲线
    3.3 稳定的单向传输
        3.3.1 障碍物及磁场的影响
        3.3.2 大角度的影响
        3.3.3 损耗的影响
    3.4 敷层的影响
        3.4.1 最外层介质柱半径的影响
        3.4.2 敷层参数的影响
    3.5 本章小结
第4章 磁化半导体光子晶体的边缘形状对单向边缘模式的影响
    4.1 引言
    4.2 物理模型和色散特性
        4.2.1 禁带图的计算和分析
        4.2.2 结构模型及色散曲线
    4.3 边缘模式的传输特性
        4.3.1 不同截断因子对边缘模式传输特性的影响
        4.3.2 障碍物及磁场的影响
        4.3.3 大角度的影响
        4.3.4 损耗的影响
    4.4 空气敷层对单向边缘模式的作用
        4.4.1 空气敷层对光滑边界的单向边缘模式的作用
        4.4.2 空气敷层对粗糙边界的单向边缘模式的作用
    4.5 本章小结
第5章 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 论文的不足及进一步工作的方向
致谢
参考文献
攻读学位期间的研究成果



本文编号：3987448