一维光子晶体中的TE表面波研究

摘要

表面电磁波是指被限制在一个很薄的平面区域内并沿这个平面方向传播的电磁波。在垂直于这个平面方向上，其振幅会随着偏离平面距离的增加而逐渐衰减。它在诸多领域有潜在的应用，如光波导、滤波器、光激发、数据存储等。随着光电材料的快速发展，周期性层状介质中的表面波已经成为越来越多研究人员关注的焦点。目前已得到了一些色散曲线和一些光强分布，在实验上测量出了终止层的不同厚度的影响。然而，相关的结构参数对表面波的具体影响（函数关系）的研究报道较少。本论文基于课题组的研究背景，进一步研究了一维半无限光子晶体系统中的表面波。主要的研究工作和创新结果如下:
　　 1.综述了光子晶体材料的研究现状，着重阐述了表面波的概念、类型、特性及其应用。
　　 2.从电磁波理论出发，推导了电磁波在周期性层状介质中传播时的转移矩阵，将其应用于一维半无限光子晶体系统中，得出了表面波的色散关系。率先通过近似处理，使色散关系中的一些关键的参量由隐式变为显式，清晰地显示了它们之间的关系。
　　 3.分析了表面波的色散曲线的特点及其图解法，得到了表面波存在时的临界终止层厚度。发现:如果选定横向折射率β，要得到频率为k0的表面波，终止层厚度可以取一系列的值，相邻的这些值之间相差π/（n1β0k0）（是常数）。不同频率k0的表面波，终止层厚度有不同的变化周期。
　　 4.率先采用计算机模拟计算得到了表面波的色散曲线及其近似曲线，证明了这些近似表达式的有效性，得到了这些近似表达式的适用范围及其误差大小。分析讨论了表面波的频率k改变一周期的情况下，终止层厚度对表面波的具体影响。由此可推断，其它周期也有类似的结果。
　　 通过本论文的研究，对一维半无限光子晶体系统中的表面波有了比较深入的理解，对表面波理论研究设计和实际应用具有重要的指导意义。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 光子晶体的概念

1．2 光子晶体的特性及应用

1．3 表面波的特性及应用

1．4 论文的主要研究内容

第二章 研究表面波的模型和理论方法

2．1 引言

2．2 一维半无限光子晶体中表面波的色散关系

2．2．1 表面波的模型

2．2．2 表面波的理论方法

2．2．3 表面波的色散关系

2．3 表面波的近似解

2．3．1 能带间隙中间的解

2．3．2 能带间隙下边界附近的解

2．3．3 能带间隙上边界附近的解

2．4 小结

第三章 第一能带隙中的表面波研究

3．1 引言

3．2 表面波的色散曲线

3．2．1 一维光子晶体的带隙结构

3．2．2 表面波的色散曲线

3．2．3 色散曲线的近似图解法

3．3 表面波的近似解

3．3．1 经验近似解

3．3．2 增区间上的近似解

3．3．3 减区间上的近似解

3．4 小结

第四章 第二能带隙中的表面波研究

4．1 引言

4．2 表面波的色散曲线的近似图解法

4．3 表面波的近似解

4．3．1 经验近似解

4．3．2 增区间上的近似解

4．3．3 减区间上的近似解

4．4 小结

第五章 总结

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文