【摘要】：光子晶體是一種可以調(diào)控電磁波傳播的人工微結(jié)構(gòu),其出色的調(diào)控使得它自從被提出后,就一直是凝聚態(tài)物理領(lǐng)域研究的重要方向之一。利用光子晶體優(yōu)異的特性,研制和發(fā)展出許多光學(xué)和光電器件。例如,光學(xué)傳感器、開關(guān)器、激光器、光子晶體微型天線等。在第二章,本論文主要從理論上研究了光子晶體中由電磁波的偏振和入射角度調(diào)控的類拓?fù)滢D(zhuǎn)變。我們從電磁波在單界面入射的情形出發(fā),發(fā)現(xiàn)界面處反射波相位在布儒斯特角前后會發(fā)生π到0或者0到π的轉(zhuǎn)變。在TM和TE偏振條件下,改變介質(zhì)參數(shù)都可能會出現(xiàn)這種轉(zhuǎn)變。我們理論分析了這種轉(zhuǎn)變發(fā)生的原因,從本質(zhì)上說,其實是不同材料中的與入射角度相關(guān)的有效折射率的比值會由大于1轉(zhuǎn)變?yōu)樾∮?,或者相反的變化。研究表明,一維光子晶體的光子禁帶性質(zhì)與光子晶體中的類拓?fù)湫再|(zhì)有關(guān),而光子晶體的禁帶特性的轉(zhuǎn)變主要來源于與單界面類似的光子晶體的類拓?fù)湎嘧�。利用該性質(zhì),可以用來調(diào)控光子晶體表面的光子局域,因此可應(yīng)用于研制角度調(diào)控的光開關(guān)器件。進(jìn)一步地,將兩種不同禁帶性質(zhì)的一維光子晶體疊加,在交界面處可以出現(xiàn)界面態(tài),而禁帶性質(zhì)相同的兩種一維光子疊加則不會出現(xiàn)。在第三章,本論文主要在理論上研究了由介質(zhì)光柵和一維光子晶體構(gòu)成的光子異質(zhì)結(jié)構(gòu)的光學(xué)特性。在TM和TE偏振條件下,由光柵和光子晶體兩種不同結(jié)構(gòu)可以形成兩種不同性質(zhì)的禁帶,他們組成的光子異質(zhì)結(jié)構(gòu)的交界面附近出現(xiàn)界面態(tài),在界面處形成很強(qiáng)的光子局域。利用這種由不同性質(zhì)的禁帶疊加出現(xiàn)的界面態(tài),將石墨烯放置于兩種結(jié)構(gòu)交界面處,可以增強(qiáng)其對光的吸收,最高可以達(dá)到近完美吸收。利用這樣的光子微結(jié)構(gòu),可以用來研制新型的光吸收和光開關(guān)器件。
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：O734
【圖文】：

１９８７年分別獨立提出的概念，它是一種材料折射率具有周期性的人工微結(jié)構(gòu)。逡逑按照其不同空間維度的周期性，光子晶體可以分為一維、二維以及三維光子晶體逡逑［１？４８】，如圖１．２所示。類似于電子受帶正電的周期性原子實勢場影響形成的能逡逑帶結(jié)構(gòu)，電磁波在周期性的介質(zhì)材料交界面處發(fā)生散射，多重散射的疊加可以在逡逑一定寬度的波段形成類似電子禁帶的光子禁帶［３，４］，電磁波不能透過光子晶體，逡逑即形成全反射；而在其他頻段中的電磁波則可以透過，稱為光子通帶。逡逑ＩＤ邐２Ｄ邐３Ｄ逡逑ｒｒ邋０＃逡逑圖１．２邋—維、二維以及三維光子晶體的結(jié)構(gòu)示意圖。逡逑１．３邋—維系統(tǒng)的拓?fù)湎辔诲义希保常卞澹拢澹颍颍澹校瑁幔螅邋搴喗殄义贤負(fù)涫侵阜夏骋环N共性的圖形的集合。在量子系統(tǒng)中，Ｂｅｎｙ邋Ｐｈａｓｅ被用來逡逑描述絕熱過程中，經(jīng)過／時間后，哈密頓量回到初始形式，其波函數(shù)會產(chǎn)生兩個逡逑含時的相位因子。其波函數(shù)可表示為逡逑（Ｕ）逡逑其中逡逑（１．２）逡逑稱為動力學(xué)相，與時間有關(guān)。而逡逑以，）Ｃ卜（，，）�。哄澹祝瞪�，邐（１．３）逡逑３逡逑

Ｚａｋ邋Ｐｈａｓｅ所代表的拓?fù)淇梢杂脕斫忉屢恍┈F(xiàn)象。在量子系統(tǒng)中，研宄表明逡逑界面兩側(cè)若是兩種拓?fù)湫再|(zhì)不同的半無限材料，其界面上會出現(xiàn)界面態(tài)【３４＿３７】，波逡逑函數(shù)在交界面上增強(qiáng)，如圖１．３。類似地，在一維光子系統(tǒng)中，對稱的一維光子逡逑晶體光子通帶中的Ｚａｋ邋Ｐｈａｓｅ體現(xiàn)了其拓?fù)湫再|(zhì)。與量子系統(tǒng)中著名的ＳＳＨ模型逡逑類似，如果將兩種光子晶體疊加，界面處就會出現(xiàn)界面態(tài)。當(dāng)兩種帶隙頻率位置逡逑相同的光子晶體疊加時，他們帶隙兩邊的Ｚａｋ邋Ｐｈａｓｅ不同時，就可以在界面處激逡逑４逡逑

Ｃ．邋Ｗ．邋Ｌｉｎｇ等人［５４１通過對一維金屬顆粒雙原子鏈的能帶研宄，發(fā)現(xiàn)當(dāng)原子與逡逑其他兩個相鄰原子間距不同，即不能等效成一維單原子鏈的情況下，會出現(xiàn)帶隙，逡逑并在兩邊有兩個能帶。如圖１．４（ａ）所示，上下兩個能帶的Ｚａｋ邋Ｐｈａｓｅ分別為０和７ｔ。逡逑在對稱一維光子晶體中，Ｗ．邋Ｓ．邋Ｇａｏ等人［５５】在實驗上通過測量禁帶中的反射相位逡逑變化趨勢，以及帶隙重疊出現(xiàn)與否確定了每個能帶的Ｚａｋ邋Ｐｈａｓｅ。Ｑ．邋Ｗａｎｇ等人［５６］逡逑利用金屬銀光柵和光子晶體疊加，同樣也通過在帶隙中是否激發(fā)界面態(tài)來判定能逡逑帶的邋Ｚａｋ邋Ｐｈａｓｅ。逡逑１．４石墨烯及其吸收特性逡逑１．４．１石墨蹄簡介逡逑石墨烯在凝聚態(tài)、新材料甚至是超導(dǎo)領(lǐng)域都在逐漸成為一顆璀q嫻男灤�。石辶x

本文編號：2766922