毕业答辩PPT课件.ppt

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1、二维光子晶体传输特性的研究1.选题背景与意义1目录论文概述2研究方法及过程3论文总结42.选题背景与意义1本课题的主要意义是二维光子晶体的传输特性目前已经引起了人们的广泛关注。因为光的色散关系曲线在这种结构中能被改变,出现光子禁带(photonicbandgap)。如果光的频率落在禁带范围内,则它不能在光子晶体中传播。拥有光子禁带的光子晶体的理论研究已经预见了许多新的物理现象,像自发辐射的抑制、光开关和光的双稳态等,其将为光子晶体的潜在应用开辟了广阔的前景。如今，二维光子晶体，即半导体的薄片堆层应用在很多领域；如利用全内反射将光限制在晶体中而产生光

2、子晶体效应及控制光的色散。世界上有很多研究围绕在利用光子晶体制作计算机芯片以提高计算机的运行速度。虽然这项技术还远没有达到商业应用，二维光子晶体已经被应用在光纤上。光子晶体光纤最早由PhilipRussell在1998年制作，它相对于普通光纤有很多先进之处。3.选题背景与意义1光子晶体学术论文数量成长图自1987年光子晶体的概念被提出后，光子晶体的发展与应用逐渐受到重视，其学术论文数量增加的速度约每2年成长一倍，十多年来，有关理论与实验研究取得了不少重要进展，在不久的将来，光子晶体的成果必将对信息通讯业产生重大影响，正如半导体的出现引起了电子学的一

3、场革命，光子晶体的出现也将带来一场光电子学的新革命。目前我国已经有一些高校、研究机构、企业已经介入到光子晶体领域的研究和开发上，并做了大量的工作，为我国开展光子晶体领域的工作奠定了良好的基础。这些单位主要有香港科技大学、中山大学、复旦大学、同济大学、南京大学、东南大学、浙江大学、武汉大学、南开大学、中科院物理所和半导体所、清华大学、北京大学等。4.论文概述2XXXX年XXXX年二维光子晶体传输特性的研究绪论光子晶体的基本理论二维光子晶体的理论分析法二维光子晶体的传输特性研究光子晶体的理论分析法光子晶体的基本理论绪论结论5.研究方法及过程3XXXX年

4、XXXX年二维光子晶体的理论分析方法平面波展开法在计算光子晶体能带结构时，平面波展开法应用布洛赫定理，把介电常数和电场或磁场用平面波展开，将麦克斯韦方程从实空间变换到离散傅立叶空间，从而将能带计算简化为代数本征问题的求解。传输矩阵法传输矩阵法是将磁场在实空间的格点位置展开，将麦克斯韦方程组化为传输矩阵形式，同时变成本征值求解问题。传输矩阵表示一层（面）格点的场强与紧邻的另一层（面）格点场强的关系，它假设在构成的空间中的同一个格点层（面）上有相同的态和相同的频率，这样可以利用麦克斯韦方程组将场从一个位置外推到整个晶体空间。时域有限差分法时域有限差分法

5、(FiniteDifferenceTimeDomain，简称FDTD)的基本思想是：首先定义初始时间的一组场分布，然后根据周期性边界条件，利用麦克斯韦方程组可以求得场随时间的变化，随着时间的演化，最终解得光子晶体的能带结构。多重散射法多重散射法将光子晶体作为散射体放置于开放系统中，当电磁波与散射体相互作用时，研究目标的散射、吸收和透入特性。6.研究方法及过程3XXXX年XXXX年本文主要使用时域有限差分法(FDTD)对二维光子晶体传输特性的研究。研究过程中运用了光学仿真软件得出光传输的透射和反射图，进而研究光波导的传输特性。并通过改变二维光子晶体的

6、晶格常数和空气孔深度，分析其传输特性。在二维光子晶体中分别引入点缺陷，多点缺陷，各形成一个光通道，观察实时场分布，得出其透射和反射图，研究其透射特性。7.研究方法及过程31.在eastFDTD上设定介质柱结构，建立如下图元件2.按要求建立光子晶体列阵，如下图所示光子晶体结构为正方晶格，通过将介电系数为ε=11.56的介质柱按正方周期性排列得到，圆柱直径为180nm。8.研究方法及过程33.利用Matlab进行数据处理得到二维光子晶体光波导的透射/反射曲线从上图所示，光波在频率为范围内透射率最大，透射率大约在90%。带隙大约位于。可见，光子晶体波导的

7、传输损耗并不大。频率在带隙范围内光波不能通过光子晶体，而在线缺陷处，光波能顺利通过，其透射率会比较高。9.研究方法及过程34.引入点缺陷：在光子晶体中心去掉一个或几个光子晶体引入点缺陷或多点缺陷5.重复步骤3可得到点缺陷和多点缺陷的透射/反射图10.研究方法及过程3点缺陷：从上图所示，光波在频率为范围内透射率最大，透射率大约在95%。带隙大约位于。频率在带隙范围内光波不能通过光子晶体，而在点缺陷处光波透射率有明显的增高，说明在点缺陷处光波能透过。11.研究方法及过程3多点缺陷：从上图所示，光波在频率为，，范围内透射率最大，透射率大约在70%。带隙大

8、约位于，，。频率在带隙范围内光波不能通过光子晶体，而在各个点缺陷处光波透射率有明显的增高，说明在点缺陷处光波能透过。12.