高品質(zhì)因子(Q值)Fano共振有著廣泛的應(yīng)用,比如高靈敏度生物傳感器、激光、光開關(guān)等。Fano共振由一個寬譜的明模和一個窄譜的暗模干涉形成,它具有特殊的尖銳非對稱線形,在獲得高品質(zhì)因子方面有很大優(yōu)勢,吸引了等離子體激元、超材料、光學(xué)、電磁學(xué)等領(lǐng)域?qū)W者的廣泛關(guān)注。金屬材料在光學(xué)頻段具有不可避免的損耗,因此人們把研究Fano共振的目光更多的聚集在了利用介質(zhì)顆粒米氏散射來實(shí)現(xiàn)上面。近年來,利用單一高介電常數(shù)(ε_r>60)介質(zhì)米氏散射模產(chǎn)生Fano共振及連續(xù)域束縛態(tài)(Bound State in Continuum,BIC)方面的研究引起了學(xué)者們的極大興趣,BIC一個很大的特點(diǎn)就是品質(zhì)因子以指數(shù)級別增長,理論上會達(dá)到無窮大。但是散射波較難被引導(dǎo)傳輸,同時極高的介電常數(shù)要求也大大降低了普通介質(zhì)材料在這方面的應(yīng)用。光子晶體禁帶具有優(yōu)秀的局域特性,因此光子晶體諧振腔具有高品質(zhì)因子和小模式體積等優(yōu)點(diǎn),與Fano共振相結(jié)合可以實(shí)現(xiàn)更加優(yōu)秀的諧振和局域特性。經(jīng)典的光子晶體Fano共振結(jié)構(gòu)采用波導(dǎo)-腔耦合或腔-腔耦合來構(gòu)造明模-暗模的耦合從而產(chǎn)生Fano共振,這樣的結(jié)構(gòu)體積較大,...

【文章頁數(shù)】：134 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 Fano共振基本理論和研究現(xiàn)狀
        1.1.1 單介質(zhì)結(jié)構(gòu)中的Fano共振研究
        1.1.2 超表面中的Fano共振研究
        1.1.3 新材料中的Fano共振及Fano共振新理論
    1.2 光子晶體中的Fano共振研究概況
        1.2.1 光子晶體器件簡介
        1.2.2 光子晶體中Fano共振的理論研究
        1.2.3 光子晶體中Fano共振的應(yīng)用研究
    1.3 本文的主要工作及創(chuàng)新
    1.4 整篇學(xué)位論文的結(jié)構(gòu)
第二章 光子晶體諧振腔分析研究方法
    2.1 光子晶體中的波動理論
    2.2 平面波展開法(PWE)
    2.3 時域有限差分法(FDTD)
        2.3.1 麥克斯韋方程的差分形式
        2.3.2 穩(wěn)定性條件及邊界條件
        2.3.3 激勵源的設(shè)置
    2.4 本章小結(jié)
第三章 介質(zhì)柱諧振腔的背景及角向不對稱與Fano共振
    3.1 圓柱缺陷柱諧振腔中的簡并模
        3.1.1 物理模型和能帶分析
        3.1.2 諧振腔背景不對稱因素對Fano共振的影響
    3.2 橢圓缺陷柱諧振腔
        3.2.1 物理模型與能帶分析
        3.2.2 橢圓缺陷柱單腔中與圓形缺陷柱重合的Fano共振點(diǎn)
        3.2.3 橢圓缺陷介質(zhì)柱中的新增Fano共振點(diǎn)
    3.3 十字點(diǎn)缺陷腔
        3.3.1 物理模型與能帶分析
        3.3.2 仿真結(jié)果分析
    3.4 本章小結(jié)
第四章 簡并模產(chǎn)生的Fano共振腔特性研究
    4.1 矩形缺陷柱諧振腔能帶及模場分析
        4.1.1 點(diǎn)缺陷結(jié)構(gòu)的相交能帶及模式
        4.1.2 各模式的品質(zhì)因子(Qc)
    4.2 單邊Qss值和平均能流密度分析
        4.2.1 背景介質(zhì)柱層數(shù)對單邊品質(zhì)因子Qss值的影響
        4.2.2 平均能流密度分析
    4.3 Fano共振特性分析
        4.3.1 類型I特性分析
        4.3.2 類型II特性分析
        4.3.3 交點(diǎn)F的詳細(xì)分析
    4.4 品質(zhì)因子優(yōu)化及原理分析
        4.4.1 品質(zhì)因子優(yōu)化
        4.4.2 PEC邊界對稱結(jié)構(gòu)的Fano共振
        4.4.3 大介電常數(shù)PML邊界對稱結(jié)構(gòu)的Fano共振
    4.5 本章小結(jié)
第五章 諧振腔耦合波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中的Fano共振
    5.1 波導(dǎo)直接耦合諧振腔結(jié)構(gòu)
        5.1.1 物理模型與波導(dǎo)能帶分析
        5.1.2 類型I特性分析
        5.1.3 類型II特性分析
        5.1.4 波導(dǎo)禁帶中的Fano共振
    5.2 波導(dǎo)邊耦合諧振腔結(jié)構(gòu)
    5.3 本章小結(jié)
第六章 高品質(zhì)因子Fano共振應(yīng)用研究
    6.1 實(shí)心缺陷介質(zhì)柱諧振腔傳感器
        6.1.1 橢圓缺陷介質(zhì)柱諧振腔傳感器
        6.1.2 十字缺陷介質(zhì)柱諧振腔傳感器
        6.1.3 矩形缺陷介質(zhì)柱諧振腔傳感器
    6.2 空心缺陷介質(zhì)柱諧振腔傳感器
        6.2.1 矩形空心缺陷介質(zhì)柱傳感器
        6.2.2 PEC邊界矩形空心缺陷介質(zhì)柱傳感器
    6.3 本章小結(jié)
第七章 總結(jié)與展望
    7.1 總結(jié)
    7.2 實(shí)驗(yàn)研究展望
    7.3 基于光子晶體單腔簡并模的Fano共振應(yīng)用研究展望
參考文獻(xiàn)
深圳大學(xué)指導(dǎo)教師對學(xué)位論文的學(xué)術(shù)評語
深圳大學(xué)研究生學(xué)位(畢業(yè))論文答辯委員會決議書
致謝
攻讀博士學(xué)位期間的研究成果



本文編號：3744561