近年來(lái),磁光光子晶體引起了人們的廣泛關(guān)注。由磁光效應(yīng)引起的材料介電張量或磁導(dǎo)率張量的變化能打破光子晶體的時(shí)間反演對(duì)稱(chēng)性,可以實(shí)現(xiàn)電磁波的非互易性傳播。基于磁光光子晶體的非互易性器件由于其具有高集成度、高穩(wěn)定性、高隔離性及高響應(yīng)速度等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于光通信、光學(xué)集成芯片等領(lǐng)域。另外,在一維光子晶體結(jié)構(gòu)中使用具有低損耗和外部可調(diào)光學(xué)參數(shù)的石墨烯材料可以實(shí)現(xiàn)對(duì)光子能帶的動(dòng)態(tài)控制,極大擴(kuò)展光子晶體的應(yīng)用。石墨烯對(duì)電磁波入射角不敏感,分層的石墨烯結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)全向禁帶。石墨烯光子晶體因其獨(dú)有的特性成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。本論文的研究工作主要包含以下幾個(gè)方面:針對(duì)傳統(tǒng)光子器件只有單個(gè)非互易通道的缺點(diǎn),設(shè)計(jì)了一種含缺陷層一維磁光光子晶體。由于結(jié)構(gòu)的非對(duì)稱(chēng)性,在缺陷層兩側(cè)外加磁場(chǎng)的方向相同或相反時(shí)均能實(shí)現(xiàn)電磁波的非互易性傳輸。分析了缺陷層厚度與非互易通道數(shù)之間的關(guān)系,在缺陷層厚度為4400μm時(shí),實(shí)現(xiàn)6個(gè)非互易多通道傳輸。研究了電磁波入射角的變化對(duì)結(jié)構(gòu)傳輸特性的影響,在入射角為65°左右時(shí),正反兩個(gè)方向透射譜中缺陷模頻率差值最大。構(gòu)建了一種一維石墨烯磁光光子晶體結(jié)構(gòu)(AGBG)~ND(AGBG)~N,該結(jié)構(gòu)含SiO_2介質(zhì)層A、石墨烯層G、YIG層B和空氣缺陷層D。實(shí)現(xiàn)了布拉格禁帶中缺陷模式的單向性,相比普通磁光光子晶體,結(jié)構(gòu)所需的周期數(shù)要小。研究發(fā)現(xiàn)石墨烯化學(xué)勢(shì)對(duì)光子能帶的影響較大,非互易通道隨著石墨烯化學(xué)勢(shì)的增大向高頻方向移動(dòng),可以通過(guò)施加?xùn)艠O電壓改變石墨烯化學(xué)勢(shì)實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)非互易傳輸特性的動(dòng)態(tài)控制。提出了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的一維石墨烯磁光光子晶體結(jié)構(gòu)(BG)~ND(BG)~N。該結(jié)構(gòu)僅含石墨烯層G、YIG層B和空氣缺陷層D。在周期數(shù)N=2時(shí),結(jié)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)石墨烯誘導(dǎo)禁帶中缺陷模式中的單向性,并有接近100%的透射率;同時(shí),在石墨烯誘導(dǎo)禁帶和布拉格禁帶間獲得寬的光子導(dǎo)帶,隨著周期數(shù)的增大,光子導(dǎo)帶分裂。分析了石墨烯化學(xué)勢(shì)對(duì)光子導(dǎo)帶的影響,增大石墨烯化學(xué)勢(shì),導(dǎo)帶之間會(huì)形成新的禁帶。結(jié)構(gòu)可用來(lái)實(shí)現(xiàn)非互易或多通道的光子器件如磁光隔離器、多通道濾波器等。
【學(xué)位單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類(lèi)】：O734
【部分圖文】：

美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室的 E.Yablonovitch[1]和普林斯頓大學(xué)的 S. John[2]教授在分別研究如何抑制自發(fā)輻射和光子局域性時(shí)得到了幾乎相同的結(jié)論，即周期性分布的介電材料結(jié)構(gòu)會(huì)對(duì)特定頻率的光產(chǎn)生局域作用并控制光子的運(yùn)動(dòng)，“光子晶體”的概念應(yīng)運(yùn)而生。所謂光子晶體(Photonic crystals, PCs)就是材料折射率在空間上呈現(xiàn)周期性變化的一種人工微結(jié)構(gòu)，光子禁帶和光局域性是其最顯著的兩個(gè)特性。當(dāng)電磁波的波長(zhǎng)與光子晶體的晶格常數(shù)為同一量級(jí)時(shí)，其傳輸會(huì)受到光子晶體的調(diào)制作用，使結(jié)構(gòu)形成類(lèi)似于電子能帶的光子能帶(Photonic Bands)。在光子能帶之間存在的帶隙稱(chēng)之為光子帶隙，也就是光子禁帶(Photonic BandGaps, PBGs)[3, 4]，頻率在光子禁帶內(nèi)的電磁波無(wú)法通過(guò)光子晶體。光子晶體周期性的破壞稱(chēng)為光子晶體的缺陷，缺陷可能會(huì)破壞光子晶體的禁帶，導(dǎo)致禁帶頻率范圍內(nèi)的部分電磁波能夠通過(guò)光子晶體，利用光子晶體的缺陷可以控制光的傳輸或者局域光[5]。

成熟的技術(shù)容易地構(gòu)建。一維光子晶體一直受到科研工作者的關(guān)注光通信系統(tǒng)的元器件中，如反射器[7]、隔離器[8]、濾波器[9]等。維光子晶體結(jié)構(gòu)在兩個(gè)維度上呈現(xiàn)周期性[4,10]，通常由平行排列的柱組成，常見(jiàn)的二維光子晶體晶格類(lèi)型有三角晶格、矩形晶格、正六邊晶格等。一般情況下，三角形晶格和六邊形晶格二維光子晶體寬。二維光子晶體在光纖、光子晶體波導(dǎo)、半導(dǎo)體激光器等領(lǐng)域均，其高非線(xiàn)性、低損耗、寬帶寬和獨(dú)特的色散關(guān)系等特性為信息相提供了優(yōu)越的平臺(tái)。維光子晶體在三個(gè)相互垂直的空間方向上均為周期性結(jié)構(gòu)，且在三在光子禁帶和光子帶隙等特性[11]，能實(shí)現(xiàn)的功能更加全面。但是的制備相對(duì)比較困難，在實(shí)際中的應(yīng)用相對(duì)較少。盡管人工制備晶體卻存在于自然界中，如蛋白石、蝴蝶的翅膀、孔雀的羽毛等，如

一維石墨烯磁光光子晶體的傳輸特性研究下產(chǎn)生各向異性的電磁特性，如磁導(dǎo)率、介電常數(shù)、磁化強(qiáng)度生改變，電磁波在磁光材料中傳播時(shí)受到外磁場(chǎng)的影響會(huì)產(chǎn)生其中包括法拉第效應(yīng)、克爾效應(yīng)、塞曼效應(yīng)、磁致雙折射效第效應(yīng)科學(xué)家法拉第于 1845 年在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)平面偏振光通過(guò)磁光材光傳播方向的磁場(chǎng)作用，其偏振面發(fā)生一定角度的旋轉(zhuǎn)，如大小與磁場(chǎng)強(qiáng)度、材料屬性等有關(guān)。法拉第效應(yīng)結(jié)合光學(xué)偏振的單向傳輸�；诜ɡ谛D(zhuǎn)效應(yīng)的器件被廣泛應(yīng)用于光學(xué)、，是光通訊領(lǐng)域的核心元器件之一。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 湯月明;方云團(tuán);呂翠紅;王紀(jì)俊;;光子晶體磁性微腔非對(duì)稱(chēng)耦合的非互易傳輸[J];中國(guó)激光;2015年06期

2 尚廷義;鄭義;張會(huì)云;張玉萍;姚建銓;;含負(fù)折射率材料一維光子晶體的全方位帶隙和缺陷模[J];光子學(xué)報(bào);2007年04期

本文編號(hào)：2823629