期末材料科学论文

姓名：浦同钉

学号：201017030115

班级：10级物理学一班

光子晶体缺陷的特性研究及应用

【摘要】 本论文拟通过理论分析和数值模拟方法来分析光子晶体(PC)缺陷的性质和应用。首先，我们通过数值模拟方法观察线性光子晶体缺陷的透射谱，并且分析了缺陷模的位置随缺陷尺寸大小的变化规律，我们发现通过改变缺陷尺寸的大小，缺陷模的位置可以在禁带中任意被调节，最后通过耦合模拟论分析了缺陷模的系列特性。其次，我们基于有限时域差分法的泵浦探测技术对非线性光子晶体缺陷的动力学特性展开数值模拟计算。我们发现，在外界光源的激励下(在此为连续波CW)，光子晶体的缺陷模将会在其线性状态的初始位置和移动的最终位置中间来回和谐的振荡，缺陷模移动的最终位置取决于入射光源的强度。因此，数值模拟所观察到的非线性缺陷模透射谱实际上是透射率在一个振荡周期内的透射动态平均值，紧接着我们建立了一个物理模型分析了缺陷模的动态移动过程，利用物理方法对缺陷模的平均透射率进行求解，发现所求得的结果与数值模拟观察的结果比较吻合，最后我们研究了引入非线性的光子晶体缺陷的非对称单向透射行为，然后基于所研究的性质构建全光二极管，所设计的全光二极管虽然存在了单向透射行为，但是其透射率不大、对比度不高，如何提高光二极管的对比度成为我们研究的重点。

【关键词】；光子晶体特性；晶体缺陷模；缺陷对；波导传输；

1.引言

光子晶体具有和固体电子晶体相似的特性，表现出光禁带特性以及光局域特性，处于光禁带中的光不能在光子晶体中传播。在光子晶体中引入点缺陷、线缺陷，可形成光子微腔和一维光波导，进一步利用这些缺陷以及它们的组合 可形成多种新型光子器件。

2. 光子晶体的概念和特性

光子晶体(photoniccrystals简称：PC)是折射率在空间周期性变化的介电结构，其变化周期和光的波长为同一个数量级。光子晶体也称为光子带隙材料，光子晶体的产生是在假设光子也可以具有类似于电子在晶体中传播的规律的基础上提出来的。晶体内部运动的电子受到周期势场的布拉格散射，从而形成能带结构，带与带之间可能存在带隙。电子波的能量如果落在带隙中，就无法继续传播。光子晶体的结构是在高折射率材料的某些位置周期性的出现低折射率的材料，高低折射率的材料交替排列形成周期性结构就可以产生光子晶体带隙。同时指出It-Z]：在介电系数呈周期性排列的三维介电材料中，电磁波经介电函数散射后，某些波段的电磁波强度会因破坏性干涉而呈指数衰减，无法在系统内传递，相当