本文選題：光子晶體 + 光子晶體納米梁腔　； 參考：《湘潭大學(xué)》2015年碩士論文

【摘要】：因為光子晶體納米梁腔(Photonic Crystal Nanobeam Cavities,PCNC)的尺寸小、制備容易且具有極高的品質(zhì)因子和極小的模體積,在光機力學(xué)、低閾值激光器和增強光物相互作用等方面應(yīng)用非常廣泛。為了滿足對特定的待測物和在特定的測定條件下進行檢測的實際需要,這篇論文設(shè)計了兩種不同構(gòu)型的高品質(zhì)因子低模體積的光子晶體納米梁腔,探索構(gòu)型各異的光子晶體納米梁腔的結(jié)構(gòu)參數(shù)是怎樣對光子晶體納米梁腔的各種性能進行影響,并在此基礎(chǔ)上對不同構(gòu)型的光子晶體納米梁腔進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化,為實際制備基于不同構(gòu)型的光子晶體納米梁腔的高靈敏度、高可靠性光學(xué)傳感器提供理論依據(jù)和指導(dǎo)原則。這篇論文中所介紹的光子晶體納米梁腔,腔中心兩邊的圓柱形空氣孔或者其他結(jié)構(gòu)的孔徑是由腔中心向兩邊逐漸增大的,即一種是圓環(huán)型漸變孔徑的光子晶體納米梁腔,另一種是多孔魚骨型的光子晶體納米梁腔,在此基礎(chǔ)上,主要集中研究以下幾個方面:1)初步的研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)普通型的光子晶體納米梁腔的圓柱形空氣孔的半徑發(fā)生不規(guī)則變化時,光子晶體納米梁腔的品質(zhì)因子和模體積將相應(yīng)的發(fā)生變化。由于在光子晶體納米梁腔的制備過程中,所有空氣孔都處在相同的制備條件下,因而可認為所有的空氣孔在其半徑發(fā)生變化時具有相同的形變程度。通過定義變化參數(shù)來描述所有空氣孔半徑變化的程度,改變這一參數(shù)即可研究空氣孔的規(guī)則變化對光子晶體納米梁腔的光學(xué)性能的影響;2)在普通型光子晶體納米梁腔的圓柱形空氣孔中在加上一半徑小于空氣孔半徑的圓形介質(zhì)柱,使得形成空氣環(huán)。通過改變空氣孔和介質(zhì)柱的半徑來調(diào)控光子晶體納米梁腔的光學(xué)性能。通過對這兩種新型結(jié)構(gòu)納米梁腔的結(jié)構(gòu)調(diào)整和參數(shù)優(yōu)化,我們發(fā)現(xiàn)兩種結(jié)構(gòu)都有它獨特的創(chuàng)新性。魚骨型光子晶體納米梁腔不僅在TE極化模式下有超高的品質(zhì)因子Q和超低的模體積V,在TM極化模式下也能得到超高的品質(zhì)因子Q和超低的模體積V。這是一個突破,所以我們稱之為雙極化納米梁腔。第二種結(jié)構(gòu)從兩種對稱性入手,通過分析對比,可知這兩種對稱性也都能得到超高的品質(zhì)因子Q和超低的模體積V。這兩種新型的光子晶體納米梁腔都像我們預(yù)想的一樣有非常好的性質(zhì)。光子晶體的出現(xiàn)就短短的幾年或者十幾年的時間,但它的發(fā)展是迅速的,對于這種性能特別好的新型的光學(xué)材料,正在逐漸走入大眾的視野,隨著科技的不斷發(fā)展,光子晶體的應(yīng)用越來越廣泛,吸引了人們的目光。本文對光子晶體的概念、起源、物理理論基礎(chǔ)等方面展開論述,并且詳細分析了計算方法。首次提出兩種新型的光子晶體納米梁腔的結(jié)構(gòu),取得了初步的成果,為進一步探索納米梁腔打下了基礎(chǔ)。
[Abstract]:Because of its small size, easy preparation, high quality factor and very small mode volume, photonic Crystal Nanobeam Cavities-PCNCis is widely used in optical mechanics, low threshold lasers and enhanced light interaction. In order to meet the practical needs of the detection of specific materials to be tested and under certain conditions, two kinds of high quality factor low mode volume photonic crystal nanobeam cavities with different configurations are designed in this paper. To explore how the structure parameters of photonic crystal nano-beam cavities with different configurations affect the properties of photonic crystal nano-beam cavities, and then optimize the structure of photonic crystal nano-beam cavities with different configurations. It provides a theoretical basis and guiding principle for the practical fabrication of high-sensitivity and high-reliability optical sensors based on different configurations of photonic crystal nano-beam cavities. The photonic crystal nano-beam cavity described in this paper, the diameter of cylindrical air holes or other structures on either side of the cavity center is gradually increasing from the center of the cavity to the two sides, that is, a kind of ring type photonic crystal nano-beam cavity with gradual aperture. The other is a porous fishbone photonic crystal nano-beam cavity. On this basis, we mainly focus on the following aspects: 1) preliminary research findings, When the radius of the cylindrical air hole of the ordinary photonic crystal nano-beam cavity changes irregularly, the quality factor and the mode volume of the photonic crystal nano-beam cavity will change accordingly. Because all the air holes are in the same preparation condition during the preparation of the photonic crystal nano-beam cavity, it can be considered that all the air holes have the same degree of deformation when their radius changes. By defining the change parameters to describe the extent of the change in the radius of all air holes, By changing this parameter, we can study the effect of the regular change of air holes on the optical properties of photonic crystal nanocrystalline beam cavities. 2) add a circular dielectric column with a radius smaller than the radius of air holes in the cylindrical air holes of ordinary photonic crystal nano-beam cavities. The formation of an air ring. The optical properties of photonic crystal nano-beam cavity are controlled by changing the radius of air hole and dielectric column. By adjusting the structure and optimizing the parameters of the two new structures, we find that the two structures have their own unique innovation. The fishbone photonic crystal nano-beam cavity not only has ultra-high quality factor Q and ultra-low mode volume V in te polarization mode, but also obtains ultra-high quality factor Q and ultra-low mode volume V in TM polarization mode. This is a breakthrough, so we call it a double polarized nano beam cavity. The second structure starts with two kinds of symmetries. By analyzing and comparing these two symmetries, we can see that both of the two symmetries can obtain high quality factor Q and ultra-low modulus volume V. These two new photonic crystal nanoscale beam cavities have very good properties as we expected. The appearance of photonic crystals is only a few years or ten years, but its development is rapid. For this new type of optical material with excellent performance, it is gradually coming into the public's view, with the development of science and technology. The application of photonic crystals has attracted more and more attention. In this paper, the concept, origin and physical theory of photonic crystal are discussed, and the calculation method is analyzed in detail. The structure of two new photonic crystal nano-beam cavities is proposed for the first time, and the preliminary results are obtained, which lays the foundation for further exploration of nano-beam cavities.
【學(xué)位授予單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：O734;TB383.1

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本文編號：1817164