基于复合缺陷光子晶体的滤波器设计与数值研究.doc
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基于复合缺陷光子晶体的滤波器设计与数值研究,design and numerical studies on composite defect photonic crystal based optical filter16800字42页 摘要: 光子晶体即光子禁带材料，从材料结构上看，光子晶体是一类在光学度上具有周期性介电...
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基于复合缺陷光子晶体的滤波器设计与数值研究
Design and numerical studies on composite defect photonic crystal based optical filter
16800字 42页
摘要: 光子晶体即光子禁带材料，从材料结构上看，光子晶体是一类在光学度上具有周期性介电结构的人工设计和制造的晶体。与半导体晶格对电子波函数的调制相类似，光子带隙材料能够调制具有相应波长的电磁波---当电磁波在光子带隙材料中传播时，由于存在布拉格散射而受到调制，电磁波能量形成能带结构。能带与能带之间出现带隙，即光子带隙。所具能量处在光子带隙内的光子，不能进入该晶体。光子晶体和半导体在基本模型和研究思路上有许多相似之处，原则上人们可以通过设计和制造光子晶体及其器件，达到控制光子运动的目的。光子晶体(又称光子禁带材料)的出现，使人们操纵和控制光子的梦想成为可能。
本文将通过第三章的理论基础，采用R-soft软件进行仿真模拟，模拟光子晶体环形腔滤波器的结构。并通过引入一组点缺陷实现了单纵模滤波特性。在此基础上，我们通过分别改变整体介质柱折射率，改变点缺陷折射率，改变点缺陷半径，同时对滤波光谱图进行了分析。结果表明选择不同的参数可以实现滤波特性的可调性，这将对今后在集成光子晶体器件中设计多通道光滤波器提供重要的理论参考。
关键词:光子晶体 滤波器 点缺陷 环形腔
Design and numerical studies based on composite defect photonic crystal optical filter
Abstrac Photonic crystals is photonic band gap materials，Judging from the material structure, Photonic crystal is design and manufacture of artificial crystal witch is form by periodic dielectric structure material . It is similar to semiconductor lattice modulation of electron wave function, photonic bandgap material can be modulated electromagnetic waves with corresponding wavelengths --- When the electromagnetic wave propagation in photonic bandgap materials, due to the presence of Bragg scattering is modulated electromagnetic energy can be formed band structure. Appears bandgap energy between the band and the band that photonic band gap. The energy in a photon inside the photonic bandgap, can not enter the crystal. Photonic crystals and semiconductors in the basic model and research ideas have many similarities, in principle, people can design and manufacture of photonic crystals and devices, to control the movement of photons purpose. Appears photonic crystal (also known as photonic band gap materials), so that people manipulate and control the photonic dream become possible.
In this paper the theoretical basis of Chapter III, We using R-soft simulation, Structure simulation of photonic crystal ring resonator filter. And by introducing a set of point defects to achieve a single longitudinal mode filter characteristics. On this basis, We are changing the refractive index of the overall media column, Changes the refractive index of the point defects, Change the radius of point defects, and do the analysis of filter spectra. The results showed that different parameters can be achieved the adjustable of filter characteristics, This will provides an important theoretical reference to design of multi-channel optical filter in the future.
Key words photonic crystal filter point defect ring cavity
目录
绪 论 1
第一章 光子晶体及负折射率材料的概念、内涵 2
1.1 光子晶体 2
1.1.1光子晶体禁带 2
1.1.2光子晶体分类 3
1.1.3光子晶体特性 3
1.2 光子晶体的制备 4
1.3 光子晶体的应用 4
1.3.1微波天线 5
1.3.2光子晶体光纤 5
1.3.3光子晶体全光开关 5
1.3.4光子晶体超棱镜 6
1.3.5光交换机 6
1.4 点缺陷和线缺陷 6
1.4.1点缺陷 6
1.4.2线缺陷 7
1.5 论文的主要工作 8
第二章 光子晶体以及光子晶体滤波器进展 9
2.1 引言 9
2.2 光子晶体研究状况 9
2.3 光子晶体滤波器研究现状 11
2.4 含复合缺陷的光子晶体滤波器研究现状 11
2.5 本章小结 12
第三章 光子晶体理论分析及算法理论方程 13
3.1 引言 13
3.2 光子晶体的传输矩阵 13
3.2.1光子带隙基础 14
3.2.2光子晶体的电磁波理论 15
3.3 光子晶体的传输矩阵 17
3.3.1平面波展开法 17
3.3.2时域有限差分法 20
3.4 本章小结 25
第四章 基于复合缺陷光子晶体的滤波器设计与数值研究 26
4.1 引言 26
4.2 滤波器结构设计 26
4.3 数值模拟和分析 28
4.3.1改变整体介质柱折射率对滤波的影响 28
4.3.2点缺陷折射率变化对滤波特性的影响 30
4.3.3点缺陷介质柱半径变化对滤波特性的影响 30
4.4 本章小结 31
结 论 32
致 谢 33
参考文献 34
Design and numerical studies on composite defect photonic crystal based optical filter
16800字 42页
摘要: 光子晶体即光子禁带材料，从材料结构上看，光子晶体是一类在光学度上具有周期性介电结构的人工设计和制造的晶体。与半导体晶格对电子波函数的调制相类似，光子带隙材料能够调制具有相应波长的电磁波---当电磁波在光子带隙材料中传播时，由于存在布拉格散射而受到调制，电磁波能量形成能带结构。能带与能带之间出现带隙，即光子带隙。所具能量处在光子带隙内的光子，不能进入该晶体。光子晶体和半导体在基本模型和研究思路上有许多相似之处，原则上人们可以通过设计和制造光子晶体及其器件，达到控制光子运动的目的。光子晶体(又称光子禁带材料)的出现，使人们操纵和控制光子的梦想成为可能。
本文将通过第三章的理论基础，采用R-soft软件进行仿真模拟，模拟光子晶体环形腔滤波器的结构。并通过引入一组点缺陷实现了单纵模滤波特性。在此基础上，我们通过分别改变整体介质柱折射率，改变点缺陷折射率，改变点缺陷半径，同时对滤波光谱图进行了分析。结果表明选择不同的参数可以实现滤波特性的可调性，这将对今后在集成光子晶体器件中设计多通道光滤波器提供重要的理论参考。
关键词:光子晶体 滤波器 点缺陷 环形腔
Design and numerical studies based on composite defect photonic crystal optical filter
Abstrac Photonic crystals is photonic band gap materials，Judging from the material structure, Photonic crystal is design and manufacture of artificial crystal witch is form by periodic dielectric structure material . It is similar to semiconductor lattice modulation of electron wave function, photonic bandgap material can be modulated electromagnetic waves with corresponding wavelengths --- When the electromagnetic wave propagation in photonic bandgap materials, due to the presence of Bragg scattering is modulated electromagnetic energy can be formed band structure. Appears bandgap energy between the band and the band that photonic band gap. The energy in a photon inside the photonic bandgap, can not enter the crystal. Photonic crystals and semiconductors in the basic model and research ideas have many similarities, in principle, people can design and manufacture of photonic crystals and devices, to control the movement of photons purpose. Appears photonic crystal (also known as photonic band gap materials), so that people manipulate and control the photonic dream become possible.
In this paper the theoretical basis of Chapter III, We using R-soft simulation, Structure simulation of photonic crystal ring resonator filter. And by introducing a set of point defects to achieve a single longitudinal mode filter characteristics. On this basis, We are changing the refractive index of the overall media column, Changes the refractive index of the point defects, Change the radius of point defects, and do the analysis of filter spectra. The results showed that different parameters can be achieved the adjustable of filter characteristics, This will provides an important theoretical reference to design of multi-channel optical filter in the future.
Key words photonic crystal filter point defect ring cavity
目录
绪 论 1
第一章 光子晶体及负折射率材料的概念、内涵 2
1.1 光子晶体 2
1.1.1光子晶体禁带 2
1.1.2光子晶体分类 3
1.1.3光子晶体特性 3
1.2 光子晶体的制备 4
1.3 光子晶体的应用 4
1.3.1微波天线 5
1.3.2光子晶体光纤 5
1.3.3光子晶体全光开关 5
1.3.4光子晶体超棱镜 6
1.3.5光交换机 6
1.4 点缺陷和线缺陷 6
1.4.1点缺陷 6
1.4.2线缺陷 7
1.5 论文的主要工作 8
第二章 光子晶体以及光子晶体滤波器进展 9
2.1 引言 9
2.2 光子晶体研究状况 9
2.3 光子晶体滤波器研究现状 11
2.4 含复合缺陷的光子晶体滤波器研究现状 11
2.5 本章小结 12
第三章 光子晶体理论分析及算法理论方程 13
3.1 引言 13
3.2 光子晶体的传输矩阵 13
3.2.1光子带隙基础 14
3.2.2光子晶体的电磁波理论 15
3.3 光子晶体的传输矩阵 17
3.3.1平面波展开法 17
3.3.2时域有限差分法 20
3.4 本章小结 25
第四章 基于复合缺陷光子晶体的滤波器设计与数值研究 26
4.1 引言 26
4.2 滤波器结构设计 26
4.3 数值模拟和分析 28
4.3.1改变整体介质柱折射率对滤波的影响 28
4.3.2点缺陷折射率变化对滤波特性的影响 30
4.3.3点缺陷介质柱半径变化对滤波特性的影响 30
4.4 本章小结 31
结 论 32
致 谢 33
参考文献 34
