1、二维光子晶体分束器的仿真研究,导师： 学生： 专业：,主要内容,研究背景、目的、意义及研究状况 光子晶体波导的传输特性研究 光子晶体表面波色散关系的理论研究 表面修饰结合点缺陷光子晶体波导的分束特性研究 结论,研究背景、目的、意义及研究状况,在光子晶体的研究中，光子晶体线缺陷波导和自准直是最基本的器件，也是设计其它各种光子晶体器件的基础。,课题背景及研究的目的和意义,光子晶体线缺陷波导,光子晶体自准直波导,光子晶体表面模色散关系的理论研究,平面波展开法： 根据光子晶体结构的周期性，利用布洛赫定理和傅里叶变换，以平面波叠加的形式将麦克斯韦方程组中介质的介电常数、电场强度、磁场强度在倒格矢空间展开
2、，从而把麦克斯韦方程组转化成本征方程。求解本征方程就可得到本征频率与波矢之间的色散关系。,二维,利用平面波展开法计算光子晶体的能带结构，等频率图以及波导和表面模的色散关系。,光子晶体的数值研究方法,时域有限差分法： 首先将麦克斯韦方程组展开成标量场分量的形式，然后利用二阶精度的中心差分来代替方程组中的微分形式，从而将连续的空间与时间问题离散化，离散后可以得到标量场分量随时间和空间推进的差分方程组。,利用时域有限差分法，模拟光在光子晶体中的传输情况,光子晶体的数值研究方法,无限大结构,半无限大结构,表面调整的 半无限大结构,表面模色散关系的数值研究,rs,支持一个 表面模,表面模色散关系的数值研
3、究,不支持 表面模,不支持 表面模,=0.4082c/a的光波的Ey本征态 从图中可以看出，能量主要集中在光子晶体的表面修饰介质柱上。 该图验证了：表面波仅仅传播在表面，在垂直于表面的方向场强呈指数衰减。,表面模色散关系的数值研究,光子晶体-空气表面的电场本征态,从图中可以看出：对于光子晶体-空气界面的非耦合表面模，随着rs的增大，非耦合表面模所对应的能带向下移。因此，在实际应用中，可以通过调整表面层介质柱大小，从而获得需要的非耦合表面模频率范围。,表面模色散关系的数值研究,光子晶体表面模色散关系的理论研究,小结,介绍了论文计算色散关系需用到的平面波展开法，以及模拟电磁场分布需用到的时域有限差
4、分法 用平面波展开法结合超原胞技术计算了光子晶体-空气界面、光子晶体-光子晶体界面的表面模色散关系,得到了表面模色散关系随表面结构参数的变化规律 研究结果为论文中表面结构的设计奠定了基础,表面修饰结合点缺陷光子晶体波导的分束特性研究,光子晶体波导结构,稳态电场|Ey|的分布,发散角大于120 如何实现分束？ 第一步：激发表面波 第二步：离散的辐射表面波,二维光子晶体波导结构的输出特性,输出表面上所有介质圆柱的半径从r=0.18a,调整为rs=0.09a,稳态电场|Ey|的分布,表面结构的色散关系,表面修饰后的辐射场特性研究,半径：r=0.09a rs=0.09a 调整的个数：2Ns,修饰,表面
5、修饰后的辐射场特性研究,表面部分介质柱被修饰后的稳态电场|Ey|分布图,被修饰的介质柱上有能量分布 出现不明显的分束现象,表面修饰后的辐射场特性研究,表面修饰结合引入点缺陷实现出射光分束的研究,引入点缺陷,(a),(b),如果参数选择合适，则会出现kff =/a (sm=2a)，此时当L增加2a时，输出空间中光束会增加一条。,表面修饰结合引入点缺陷实现出射光分束的研究,表面全部调整同时引入点缺陷时，稳态电场|Ey|分布图,出现分束现象。但是有一部分能量沿表面传播，造成能量损失。,表面修饰结合引入点缺陷实现出射光分束的研究,表面部分调整同时引入点缺陷时，稳态电场|Ey|分布图,出现分束现象。 没有能量沿着表面传播 克服了能量的损失。,表面修饰结合引入点缺陷实现出射光分束的研究,L=2na 时 出现n束光,输出表面上，点缺陷外，再调整Nb个介质圆柱的半径,被修饰的表面介质柱的个数对辐射场的影响,利用修饰光子晶体输出表面与引入点缺陷相结合的方法，提出了一种新型的光子晶体波导输出光分束器，可以用其操纵从波导中输出的光在空间中的传播。 数值计算结果表明：输出空间中光束的数量随着点缺陷位置的改变而改变，当点缺陷之间的距离L=2na时，输出空间出现n束光。,小结,谢 谢 各 位 老 师,
