本文關(guān)鍵詞：磁性光子晶體非互易傳輸特性研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：近年來為了應(yīng)對信息傳輸、處理和存儲日益苛刻的要求,光子晶體技術(shù)逐漸成為研究熱點。磁性光子晶體除具有一般介質(zhì)光子晶體的主要特征外,還具有磁共振、磁表面等離激元、時間反演對稱性破缺以及由此引起的非互易性等,因此備受關(guān)注。本論文圍繞磁性光子晶體中表面波的單向傳播和一維磁性光子晶體導(dǎo)致的電磁波的空間非互易傳播兩條主線進行了研究,通過理論計算、仿真模擬和實驗驗證等取得以下主要幾個方面的研究成果：(1)針對磁性光子晶體中存在的兩種不同單向邊緣態(tài),即電磁手性邊緣態(tài)(CESs)和磁表面等離激元(MSP),全面地討論了光子晶體的結(jié)構(gòu)(如歸一化半徑、晶格常數(shù)、材料特性等參數(shù))和偏置磁場對單向邊緣態(tài)頻帶寬度的調(diào)控作用,并進行了相關(guān)的實驗驗證；討論了磁性光子晶體界面形態(tài)等對單向邊緣態(tài)的影響,指出了蜂窩結(jié)構(gòu)磁性光子晶體的Beardbed界面與Zigzag界面一樣也可支持CESs和MSP兩種單向邊緣態(tài)。這些工作為磁性光子晶體單向波導(dǎo)設(shè)計奠定了基礎(chǔ)。(2)為進一步拓展磁性光子晶體單向傳輸帶寬,提出了通過將CESs和MSP兩種單向邊緣態(tài)頻帶融合以實現(xiàn)寬帶單向傳輸?shù)姆椒�。討論了CESs和MSP兩種單向邊緣態(tài)頻帶融合的機制,發(fā)現(xiàn)單向邊緣態(tài)的融合與界面類型相關(guān),指出了具有Zigzag邊界的磁性光子晶體可以直接實現(xiàn)兩種單向傳輸頻帶的融合而形成一個完整的單向傳輸頻帶,而在Beardbed界面雖然也有兩種單向傳輸頻帶但由于二者之間存在帶隙所以無法實現(xiàn)融合。(3)研究了單向傳輸頻帶融合的實現(xiàn)方法,提出了一種有效抑制磁性光子晶體中CESs和MSP兩種單向邊緣態(tài)之間出現(xiàn)體模的方法,即通過引入周期性空位缺陷抑制體模從而可以在不增大磁場的情況下實現(xiàn)二者融合。采用這種方法不但能夠改善已融合后單向頻帶內(nèi)的單向傳輸特性,而且可以解決在某些限制條件下兩個單向頻帶之間體模頻帶較寬而無法直接實現(xiàn)融合的困難,能夠在更一般的條件下實現(xiàn)不同機制單向邊緣態(tài)的融合。我們通過實驗驗證了這一方法的有效性,實現(xiàn)了不同歸一化半徑時單向傳輸頻帶的融合。(4)研究了一維磁性光子晶體鏈中的單向表面態(tài),提出了兩種鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)(Zigzag鏈和直線鏈)的磁性光子晶體實現(xiàn)的寬帶單向波導(dǎo),它具有結(jié)構(gòu)簡單、帶寬寬、可調(diào)控、可設(shè)計、抗彎折、可柔性排布的特點。研究表明其單向傳輸本質(zhì)為基于磁表面等離激元的單向邊緣態(tài)。通過能帶計算、傳輸仿真以及實驗驗證了這兩種鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)磁性光子晶體中單向表面態(tài)的存在及其寬帶單向傳輸特性。系統(tǒng)討論了偏置磁場和結(jié)構(gòu)參數(shù)等對這種結(jié)構(gòu)單向傳輸特性的影響。(5)研究了一維磁性光子晶體導(dǎo)致的電磁波的空間非互易傳播特性,入射波以某一角度入射時在某一偏置狀態(tài)時會全反射,而在相反的偏置狀態(tài)時則會發(fā)生透射,且透射沿著負折射方向。用光柵高階衍射的模型解釋了空間非互易的全反射和負折射出現(xiàn)的機制,指出了其反射主要是由0階衍射導(dǎo)致而負折射由-1階衍射導(dǎo)致。設(shè)計制備了兩種一維磁性光子晶體分別具有單磁柱結(jié)構(gòu)和復(fù)式結(jié)構(gòu),在實驗上驗證了電磁波的空間非互易傳播和負折射的特性。(6)研究了鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)一維磁性光子晶體作為非互易器件在微波領(lǐng)域的潛在應(yīng)用,如小型化柔性延遲線、隔離器和具有隔離功能的可調(diào)濾波器等。基于一維磁性光子晶體的空間非互易傳播特性,提出了一種結(jié)構(gòu)更為簡單、具有良好前反向隔離度的電磁二極管。
【關(guān)鍵詞】：磁性光子晶體(MPC) 邊緣態(tài) 非互易傳輸 鐵氧體
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：O734
【目錄】：

• 摘要7-9
• Abstract9-12
• 第一章 緒論12-47
• 1.1. 光子晶體12-22
• 1.1.1. 光子晶體的概念12-13
• 1.1.2. 光子晶體的特征與類型13-15
• 1.1.3. 光子晶體的能帶結(jié)構(gòu)15-16
• 1.1.4. 光子晶體的理論研究方法16-20
• 1.1.5. 光子晶體的制備及應(yīng)用20-22
• 1.1.6. 光子晶體的研究趨勢22
• 1.2. 磁性光子晶體22-35
• 1.2.1. 磁性材料22-23
• 1.2.2. 旋磁材料與磁性光子晶體23-28
• 1.2.3. 體系的對稱性與互易性28
• 1.2.4. 基于邊緣態(tài)電磁波的單向傳輸28-34
• 1.2.5. 基于體模式電磁波的單向傳輸34-35
• 1.3. 研究背景、意義與結(jié)構(gòu)安排35-39
• 1.3.1. 研究背景與意義35-37
• 1.3.2. 本論文的結(jié)構(gòu)安排37-39
• 參考文獻39-47
• 第二章 單向傳輸頻帶的調(diào)控性能47-80
• 2.1. 引言47-48
• 2.2. 鐵磁材料及其光子晶體的電磁特性48-61
• 2.2.1. 張量磁導(dǎo)率的產(chǎn)生48-49
• 2.2.2. 鐵氧體中電磁波的傳輸特性49-51
• 2.2.3. 本論文所采用的鐵氧體材料51-53
• 2.2.4. 磁性光子晶體的能帶特征53-61
• 2.3. 磁性光子晶體單向邊緣態(tài)調(diào)控61-75
• 2.3.1. 調(diào)控機制62-63
• 2.3.2. 磁場對單向邊緣態(tài)的調(diào)控63-65
• 2.3.3. 結(jié)構(gòu)參數(shù)對單向邊緣態(tài)的調(diào)控65-68
• 2.3.4. 材料特性對單向邊緣態(tài)的影響68-69
• 2.3.5. 界面類型對單向邊緣態(tài)的影響69-71
• 2.3.6. 邊界特征對單向邊緣態(tài)的影響71-74
• 2.3.7. 轉(zhuǎn)角對單向傳輸特性的影響74-75
• 2.4. 邊緣態(tài)與體模75-77
• 本章小結(jié)77-78
• 參考文獻78-80
• 第三章 基于MSP與CES單向傳輸頻帶的融合80-98
• 3.1. 引言80
• 3.2. MSP與CES單向傳輸頻帶融合80-92
• 3.2.1. 直接實現(xiàn)融合82-84
• 3.2.2. 抑制體模實現(xiàn)融合84-86
• 3.2.3. 界面類型對單向傳輸頻帶融合的影響86-89
• 3.2.4. 單向傳輸頻帶融合后的抗缺陷性89-92
• 3.3. MSP與CES單向傳輸頻帶融合的實驗驗證92-96
• 3.3.1. 實驗裝置92
• 3.3.2. 直接實現(xiàn)單向頻帶融合92-94
• 3.3.3. 抑制體模實現(xiàn)單向頻帶融合94-96
• 本章小結(jié)96-97
• 參考文獻97-98
• 第四章 寬帶鏈?zhǔn)酱判怨庾泳w的傳輸特性98-120
• 4.1. 引言98
• 4.2. Zigzag MPC鏈傳輸特性與實驗研究98-107
• 4.2.1. 不同層數(shù)MPC能帶99-100
• 4.2.2. Zigzag鏈的能帶與傳輸特性100-101
• 4.2.3. Zigzag鏈傳輸特性調(diào)控的實驗研究101-107
• 4.3. 直線鏈?zhǔn)組PC的傳輸特性與實驗研究107-114
• 4.3.1. 直鏈的能帶與傳輸特性107-108
• 4.3.2. 直鏈傳輸特性的實驗驗證108
• 4.3.3. 直鏈傳輸特性調(diào)控的實驗研究108-112
• 4.3.4. 異形直鏈112-114
• 4.4. 鏈?zhǔn)組PC的應(yīng)用114-117
• 4.4.1. 螺旋型延遲線114-115
• 4.4.2. SIW型隔離器115-117
• 4.4.3. 可調(diào)濾波器117
• 本章小結(jié)117-119
• 參考文獻119-120
• 第五章 一維MPC對電磁波的空間非互易傳播120-143
• 5.1. 引言120-121
• 5.2. 介質(zhì)柱陣列的波束偏轉(zhuǎn)121-122
• 5.3. 磁性介質(zhì)柱的諧振態(tài)122-124
• 5.3.1. 單磁柱122-123
• 5.3.2. 離散化的磁柱123-124
• 5.4. 一維磁性光子晶體的波束偏轉(zhuǎn)124-132
• 5.4.1. 單磁柱一維磁性光子晶體的波束偏轉(zhuǎn)124-128
• 5.4.2. 復(fù)式結(jié)構(gòu)一維磁性光子晶體的波束偏轉(zhuǎn)128-132
• 5.5. 一維磁性光子晶體波束偏轉(zhuǎn)的實驗驗證132-136
• 5.5.1. 實驗裝置132-133
• 5.5.2. 單磁柱一維磁性光子晶體實驗133-135
• 5.5.3. 復(fù)式結(jié)構(gòu)一維磁性光子晶體實驗135-136
• 5.6. 基于一維磁性光子晶體的電磁波單向傳輸136-140
• 5.6.1. 光子晶體實現(xiàn)電磁波單向傳輸136-138
• 5.6.2. 基于非互易光柵的電磁波單向傳輸138-140
• 本章小結(jié)140-141
• 參考文獻141-143
• 第六章 總結(jié)與展望143-146
• 6.1. 總結(jié)143-145
• 6.2. 展望145-146
• 攻讀博士學(xué)位期間研究成果146-148
• 致謝148-149

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