空变等离子体光子晶体带隙特性研究

摘要

空变等离子体光子晶体是一种随空间的变化而进行复杂变化的特殊媒质，这种介质是色散[1]、非均匀、非线性的，且通过外加磁场的作用下，成电各向异性的复杂介质，各项参数也随着外界条件的不同而变化，具有很多独特的性质。其特殊的禁带效应可以运用在多个领域,如:微波滤波器、等离子体天线、等离子体透镜等。因此对其禁带进行人为的控制也越来越受到人们的关注，并且其运用价值也越来越广泛。
　　 采用改进的磁化等离子体电磁散射的时域有限差分(Finite-DifferentTime-Domain，FDTD)算法，提出了一种适用于一维和二维情况下空变等离子体的FDTD算法。研究了一维空变垂直入射和斜入射情况下，磁化和非磁化等离子体光子晶体(PPC)的禁带特性。在二维情况下，分别研究了以矩形、圆形、椭圆形三种不同散射体构成的等离子体光子晶体并分析了其带隙特性。以微分高期脉冲为激励源，在一维情况下采用MUR吸收边界，二维情况下采用了UPML吸收边界。在一维情况下计算了空变等离子体光子晶体的反射系数和透射系数。在二维情况下将TM波的空变等离子体光子晶体的反射系数进行了分析。讨论了等离子体频率随空间呈脉冲形式变化的周期函数对禁带的影响。结果表明，通过改变等离子体频率在空间的不同变化可以实现对禁带的控制。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 选题背景及研究意义

1．2 国内外研究概况及其发展

1．3 本文的主要工作及结构安排

1．4 本章小结

第二章 一维空变等离子体光子晶体的FDTD算法及其带隙特性研究

2．1 ωp(z)的空变函数关系式和图形

2．2 FDTD基本点及基本计算区

2．3 一维垂直入射空变等离子体光子晶体的FDTD算法推导

2．4 算例验证

2．5 一维垂直入射空变等离子体光子晶体的的模型及数值分析

2．5．1 非磁化等离子体光子晶体的带隙特性分析

2．5．2 磁化等离子体光子晶体的带隙特性分析

2．6 一维斜入射空变等离子体光子晶体的FDTD算法推导

2．6．1 TE波FDTD迭代式的推导

2．6．2 TM波FDTD迭代式的推导

2．7 算例验证

2．8 一维斜入射空变等离子体光子晶体的模型及数值分析

2．8．1 非磁化等离子体光子晶体的带隙特性分析

2．8．2 磁化等离子体光子晶体的带隙特性分析

2．9 本章小结

第三章 二维空变等离子体光子晶体的FDTD算法及其带隙特性研究

3．1 二维垂直入射空变等离子体光子晶体的FDTD算法推导

3．2 二维等离子体光子晶体的模型及参数

3．3 算例验证

3．4 散射体为矩形时非磁化情况下空变等离子体光子晶体的带隙特性分析

3．4．1 等离子体频率随x轴以脉冲形式的变化

3．4．2 等离子体频率随y轴以脉冲形式的变化

3．4．3 等离子体频率随x，y轴同时以脉冲形式的变化

3．5 散射体为矩形时磁化情况下空变等离子体光子晶体的带隙特性

3．5．1 等离子体频率随x轴以脉冲形式的变化

3．5．2 等离子体频率随y轴以脉冲形式的变化

3．5．3 等离子体频率随x，y轴同时以脉冲形式的变化

3．6 散射体为圆形时非磁化情况下空变等离子体光子晶体的带隙特性的分析

3．6．1 等离子体频率随x轴以脉冲形式的变化

3．6．2 等离子体频率随y轴以脉冲形式的变化

3．6．3 等离子体频率随x，y轴同时以脉冲形式的变化

3．7 散射体为圆形时磁化情况下空变等离子体光子晶体的带隙特性分析

3．7．1 等离子体频率随x轴以脉冲形式的变化

3．7．2 等离子体频率随y轴以脉冲形式的变化

3．7．3 等离子体频率随x，y轴同时以脉冲形式的变化

3．8 散射体为椭圆形时非磁化情况下空变等离子体光子晶体的带隙特性分析

3．8．1 等离子体频率随椭圆长轴以脉冲形式的变化

3．8．2 等离子体频率随椭圆长轴和短轴同时以脉冲形式的变化

3．9 散射体为椭圆形时磁化情况下空变等离子体光子晶体的带隙特性的分析

3．9．1 等离子体频率随椭圆长轴以脉冲形式的变化

3．9．2 等离子体频率随椭圆长轴和短轴同时以脉冲形式的变化

3．10 本章小结

第四章 总结和展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文及科研情况