發(fā)布時間：2018-06-15 04:06

  本文選題：光子晶體 + 非對稱傳輸��； 參考：《浙江師范大學》2016年碩士論文

【摘要】：實現電磁波的非對稱傳輸特別是在光波段對集成光路的發(fā)展具有潛在的應用價值,因而具有非常重要的研究意義。相比于其他材料,純介質的光子晶體具有可線性調控、能量損耗低和材料易獲得等優(yōu)點。本文中,我們利用二維純介質梯度光子晶體實現了光的非對稱傳輸。該體系每個格點包含兩根柱子,隨著層數的增加對其偏轉角引入梯度,可實現電磁波左入射分束而右入射會聚的非對稱傳輸行為。在本文的第一章中,我們首先給出了相關的研究背景,之后介紹了光子晶體的概念、其相關性質和目前的一些應用,最后介紹了本文的基本框架。在第二章中,我們介紹了目前實現電磁波非對稱傳輸的一些方法。利用手性微結構金屬陣列和磁性特異介質可以實現電磁波的單向傳輸。利用能帶失配光子晶體做成的異質結實現的電磁波單向傳輸,以及利用梯度光子晶體實現電磁波分束聚焦非對稱傳輸的相關工作。這些方法或是能量損耗過大,或是傳輸效率很低,皆不適用與集成光子器件的制作。在第三章中,我們介紹了所使用的數值方法。光子在光子晶體中的行為可以用Maxwell方程組來描述,最終歸結為結合邊界條件求解亥姆霍茲方程。對于二維圓柱體系,我們用矢量柱波函數作為一組基對場進行展開。我們首先利用Mie散射理論推導出單個散射柱的散射特性,再利用多重散射理論求解出整個體系的散射特性。據此,我們可以獲得體系的能帶特性、場模式分布以及透射率等。在第四章中,我們給出了一種利用二維介質柱梯度光子晶體實現光的非對稱傳輸的方法。該體系每個格點由兩個介質柱構成,兩柱子與水平方向的夾角隨著層數的增加而呈梯度增加。由于空間反演對稱性破缺,高斯光束從左側入射時分束,從右側入射時則發(fā)生會聚。我們分別從能帶和等頻線角度分析了非對稱現象出現的物理機制。通過對首層偏轉角度和梯度的調控,我們發(fā)現可以在亞波長尺度實現近場的非對稱效應,也可以利用一個較大的體系實現遠場的非對稱效應,其傳輸效率皆高于前人的工作。除此之外,同時給半徑引入梯度,該體系也可以實現光束的單向傳輸。在文章的最后,我們對本文的工作進行了回顧和總結,并對基于復式晶格思想開展的后續(xù)工作進行了展望。
[Abstract]:The realization of asymmetric transmission of electromagnetic wave, especially in the optical wave band, has potential application value for the development of integrated optical path, so it has very important research significance. Compared with other materials, pure dielectric photonic crystals have the advantages of linear control, low energy loss and easy to obtain materials. In this paper, we use two-dimensional pure dielectric gradient photonic crystal to realize asymmetric transmission of light. Each lattice of the system consists of two columns. The gradient is introduced to the deflection angle with the increase of the number of layers, which can realize the asymmetric transmission behavior of electromagnetic wave beam splitting at left incidence and convergence at right incidence. In the first chapter of this paper, we first give the relevant research background, then we introduce the concept of photonic crystal, its related properties and some current applications. Finally, we introduce the basic framework of this paper. In the second chapter, we introduce some methods of asymmetric electromagnetic wave transmission. The unidirectional transmission of electromagnetic wave can be realized by using chiral microstructural metal array and magnetic specific medium. The unidirectional transmission of electromagnetic wave is realized by using the heterojunction of photonic crystal with band mismatch, and the asymmetric transmission of electromagnetic wave focusing is realized by using gradient photonic crystal. These methods are not suitable for the fabrication of integrated photonic devices either because of excessive energy loss or low transmission efficiency. In chapter 3, we introduce the numerical method used. The behavior of photons in photonic crystals can be described by Maxwell equations, which can be reduced to solving Helmholtz equations with boundary conditions. For two-dimensional cylindrical systems, the vector cylindrical wave function is used as a set of basis for the expansion of the field. We first derive the scattering characteristics of a single scattering cylinder by using Mie scattering theory, and then solve the scattering characteristics of the whole system by using the multiple scattering theory. On this basis, the band characteristics, field mode distribution and transmittance of the system can be obtained. In chapter 4, we present a method for asymmetric transmission of light using two-dimensional dielectric column gradient photonic crystals. Each lattice point of the system is composed of two dielectric columns. The angle between the two columns and the horizontal direction increases with the increase of the number of layers. Due to the symmetry breaking of spatial inversion, the Gao Si beam converges from the left side of the incident time beam, and from the right side of the incident time beam. We analyze the physical mechanism of asymmetric phenomena from the angle of energy band and equal frequency line, respectively. By adjusting the first layer deflection angle and gradient, we find that the near field asymmetric effect can be realized on the sub-wavelength scale, and the far field asymmetric effect can also be realized by using a large system. The transmission efficiency is higher than that of previous works. In addition, a gradient is introduced into the radius, and the system can also realize the one-way propagation of the beam. At the end of the paper, we review and summarize the work of this paper, and look forward to the future work based on the double lattice theory.
【學位授予單位】：浙江師范大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：O734

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本文編號：2020552