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手性光子晶体平板波导中微腔及其应用

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目录

手性光子晶体平板波导中微腔及其应用

MICRO-CAVITY IN CHIRAL PHOTONIC CRYSTAL SLAB WAVEGUIDE AND ITS APPLICATION

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2相关研究概况

1.2.1 光子晶体方面的进展

1.2.2手性材料的研究概况

1.2.3微腔的研究概况

1.3 本文的主要研究内容

第2章 介电手性光子晶体的带隙特性

2.1 手性介质的本构关系

2.2 手性介质中的平面波展开法

2.3手性光子晶体中的带隙结构与分裂

2.4 本章小结

第3章 腔结构的特性研究与相关波导设计

3.1 手性光子晶体中的平面波FDTD方法

3.2 边界条件的设置

3.3 手性光子晶体中的腔结构特性

3.3.1 腔结构的透射谱特性

3.3.2 腔结构的色散特性

3.3.3 手性腔结构的偏振敏感特性

3.4 相关光通信器件的设计

3.5 本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

哈尔滨工业大学学位论文原创性声明及使用授权说明

致 谢

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摘要

近年来,由于在光通信领域中有着优良的性能和美好的应用前景,基于光子晶体的光子学器件研究在国际上掀起了热潮。与此同时,手性材料则因其独特的光学特性——圆双折射与圆二向色性——也成为国际上的研究热点之一。而微腔结构,由于具备小体积、高Q值、高敏感性等特点,也具有极高的研究价值。本课题研究的手性光子晶体平板波导中的微腔正是综合了这三类器件的优点而提出的一种光波导器件,通过对其进行特性研究与理论分析,为新一代光通信器件研发做出先导性理论研究。
  本课题基于适用于手性光子晶体的PWE(平面波展开法)和FDTD(时域有限差分)方法,对二维光子晶体的带隙结构、引入手性后的分裂情况及传输特性进行了相关研究。
  首先,对于光子晶体、手性材料和微腔结构的研究现状进行了综述,论述了课题的主要背景及研究意义。之后,归纳总结了手性光子晶体的本构关系,以便于将常用的一些计算光子晶体的数值方法应用到手性光子晶体中。
  结合手性光子晶体的本构关系,阐述了适用于手性介质的平面波展开法。并利用此方法对手性光子晶体中的带隙分裂进行了一系列研究,对影响光子晶体中的禁带宽度及带隙分裂程度的各项因素进行了初步讨论。
  推导了手性光子晶体中的平面波FDTD方法,并整理了相应的二阶Mur吸收边界条件。利用此FDTD方法对二维手性光子晶体中的腔结构的透射谱特性、色散特性、偏振敏感特性进行了计算与模拟,重点突出了其对于左右旋光的传输特性差异。
  最后,基于以上理论与方法,设计了相应的手性导波开关器件,模拟了其传输特性,并对其分波性能进行了定量评估。

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