光學(xué)微腔也可以叫做光學(xué)諧振器,是周期性介質(zhì)出現(xiàn)缺陷時(shí)所形成的可以局限特定頻率光子的微米量級(jí)腔結(jié)構(gòu)。光學(xué)微腔的尺寸很小,一般在幾微米到幾百微米,可滿足集成光學(xué)要求的器件小型化,集成化。同時(shí)光學(xué)微腔擁有較為理想的品質(zhì)因子及很小的模式體積,可以應(yīng)用于低閾值激光器等光無源器件。并且光學(xué)微腔也因?yàn)榫哂幸子谥谱骱土己玫墓鈱W(xué)性能等優(yōu)點(diǎn)而受到越來越多的關(guān)注。論文中設(shè)計(jì)了兩種不同結(jié)構(gòu)的石墨烯光子晶體光學(xué)微腔,一種是一維的漸變圓環(huán)形光子晶體石墨烯納米梁腔,另一種是二維混合石墨烯光子晶體表面等離子體微腔。漸變圓環(huán)形光子晶體石墨烯納米梁腔是以二氧化硅為基底,在硅上構(gòu)建一種具有高度局域和低損耗的漸變圓環(huán)形石墨烯光子晶體波導(dǎo),這個(gè)波導(dǎo)具有明顯的TM模式帶隙。在波導(dǎo)中漸變圓環(huán)缺陷形成一個(gè)納米微腔。利用三維時(shí)域有限差分方法模擬仿真了微腔的能帶特性,討論了鏡像區(qū)、漸變區(qū)空氣環(huán)數(shù)目、內(nèi)外空氣環(huán)孔徑和納米梁寬度等參數(shù)對(duì)微腔特性的影響,確定了結(jié)構(gòu)的特征參數(shù)。在1550nm通信波段內(nèi),此微腔結(jié)構(gòu)可以得到較為理想的品質(zhì)因子和模式體積,比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的微腔具有更小的傳輸損耗,擁有的模式限制能力更好。同時(shí),該微腔結(jié)構(gòu)可降低由模式突變引起... 

【文章來源】：燕山大學(xué)河北省

【文章頁數(shù)】：66 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 引言
    1.2 光子晶體的簡介
        1.2.1 光子晶體的概念
        1.2.2 光子晶體的特性和結(jié)構(gòu)
    1.3 石墨烯簡介
        1.3.1 石墨烯的特性
        1.3.2 石墨烯的研究現(xiàn)狀和應(yīng)用
    1.4 表面等離子體激元的研究背景和應(yīng)用
    1.5 光學(xué)微腔
        1.5.1 光學(xué)微腔的簡介
        1.5.2 光子晶體微腔研究現(xiàn)狀
    1.6 論文主要研究內(nèi)容
第2章 光學(xué)微腔的基礎(chǔ)理論
    2.1 引言
    2.2 光學(xué)微腔數(shù)值分析方法
        2.2.1 平面波展開法
        2.2.2 時(shí)域有限差分法
        2.2.3 FDTD吸收邊界條件
    2.3 石墨烯特性分析
        2.3.1 石墨烯光學(xué)參數(shù)研究
        2.3.2 石墨烯的色散模型
        2.3.3 石墨烯表面等離子體激元基本原理
    2.4 本章小結(jié)
第3章 漸變圓環(huán)形石墨烯光子晶體納米梁腔
    3.1 引言
    3.2 漸變圓環(huán)形石墨烯光子晶體納米梁腔結(jié)構(gòu)與特性
        3.2.1 納米梁腔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
        3.2.2 納米梁腔結(jié)構(gòu)能帶特性
        3.2.3 納米梁腔結(jié)構(gòu)的電場特性
    3.3 納米梁腔結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)微腔特性的影響分析
        3.3.1 漸變區(qū)空氣環(huán)內(nèi)外半徑對(duì)微腔特性的影響
        3.3.2 納米梁寬度對(duì)微腔特性的影響
        3.3.3 鏡像區(qū)和漸變區(qū)空氣環(huán)數(shù)目對(duì)微腔特性的影響
    3.4 本章小結(jié)
第4章 混合石墨烯光子晶體表面等離子體微腔
    4.1 引言
    4.2 微腔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與特性研究
        4.2.1 微腔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
        4.2.2 微腔結(jié)構(gòu)能帶特性
        4.2.3 微腔結(jié)構(gòu)模場分布特性
    4.3 理論分析和仿真結(jié)果
        4.3.1 理論分析
        4.3.2 點(diǎn)缺陷四周空氣孔半徑對(duì)微腔特性的影響
        4.3.3 點(diǎn)缺陷四周小孔填充介質(zhì)對(duì)微腔特性的影響
    4.4 混合石墨烯等離子體直波導(dǎo)
        4.4.1 直波導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
        4.4.2 直波導(dǎo)傳輸特性
    4.5 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
攻讀碩士學(xué)位期間承擔(dān)的科研任務(wù)與主要成果
致謝


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]二維半導(dǎo)體光電探測器:發(fā)展、機(jī)遇和挑戰(zhàn)[J]. 李亮,皮樂晶,李會(huì)巧,翟天佑.  科學(xué)通報(bào). 2017(27)
[2]MIM表面等離子激元布拉格納米微腔[J]. 童凱,楊青,張振國,牛力勇,苑海川.  中國激光. 2015(04)
[3]基于光彈效應(yīng)的二維光子晶體能帶結(jié)構(gòu)特性研究[J]. 汪梅婷,武校剛,童凱.  量子電子學(xué)報(bào). 2011(04)
[4]表面等離子體亞波長光學(xué)前沿進(jìn)展[J]. 張斗國,王沛,焦小瑾,唐麟,魯擁華,明海.  物理. 2005(07)
[5]波動(dòng)方程FDTD算法的PML吸收邊界條件的實(shí)現(xiàn)與驗(yàn)證[J]. 孔繁敏,李康,劉新,郭毅峰.  微波學(xué)報(bào). 2004(01)
[6]光子晶體的研究現(xiàn)狀與最新進(jìn)展[J]. 于學(xué)亞,曾兆華,楊建文,陳用烈.  人工晶體學(xué)報(bào). 2002(06)
[7]光子晶體及其應(yīng)用[J]. 萬鈞,張淳,王靈俊,資劍.  物理. 1999(07)
[8]光學(xué)諧振腔本征模的正交性[J]. 方洪烈.  光學(xué)學(xué)報(bào). 1984(06)

碩士論文
[1]一維光子晶體濾波器的設(shè)計(jì)及性能研究[D]. 吉亞萍.天津師范大學(xué) 2010



本文編號(hào)：3204987