一维等离子体及其光子晶体电磁特性的研究

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1、●RESEARCHONTHEELECTROMAGNETICCHARACTERISTICSOFONE．DI入压ENSIONALPLASM-AANDITSPHOTONICCRYSTALSByKongXiangkunSupervisedbyProfessorYangHongweiA珊SISSubmittedtoNanjingAgriculturalUniversityInPartialFulfillmentoftheRequirementFortheMasterDegreeofScienceCollegeofScien

2、ceNanjingAgriculturalUniversityNanjingChinaDecember2009●人承担。学位论文作者(需亲笔)签名：知青如r月彳日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权南京农业大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文。黧篡：引鼍毪管≥三Z三三导师(需亲笔)签名：杨雳伟西年，≯月锣日●

3、1．3本文研究内容与进展⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3第二章等离子体及其光子晶体的电磁理论基础⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．42．1等离子体的性质与模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。42．2光子晶体带隙理论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。92．3数值计算方法简介⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。l1第三章一维等离子体的电磁特性⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．183．1四种色

4、散介质FDTD方法计算电磁波入射均匀非磁化等离子体⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯183．2非均匀磁化等离子体对极化电磁波的反射、透射和吸收⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．25第四章一维等离子体光子晶体的电磁特性⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．∞4．1色散关系⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯334．2色散关系频带的规律⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．354．3不同算法的结果比较⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3

5、74．4一维等离子体光子晶体的反常色散⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．394．5一维等离子体光子晶体的截止频率⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．42第五章总结与展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯：⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．45参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯47致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．51攻读学位期间发表的学术论文⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．53●FDTD(时域有限差分方法)，解析方法和TMM(传输矩阵法)三种方法出

6、发，讨论了等离子体及其光子晶体的电磁特性．通过数值计算，得到的主要成果有：·分析了四种色散介质FDTD方法计算均匀非磁化等离子体的算法特点，包括z变换(ZT)法、辅助差分方程(ADE)法，电流密度卷积(JEC)法和移位算子(SO)法，应用这四种算法计算分析不同频率电磁波与一维非磁化均匀等离子体的相互作用，比较了这几种方法的计算精度和效率．·讨论了斜入射情况下，非均匀磁化等离子体对极化电磁波的反射、吸收和透射功率．·在一维等离子体光子晶体色散关系的基础上，应用传输矩阵法将电磁波拓展到任意角度入射的情况，给出了电磁波

7、在一维等离子体光子晶体中的一般色散关系，分析了不同参数对色散关系曲线的影响．在此基础上研究了禁带的结构特点。·一维等离子体光子晶体的反常色散以及在其中出现的超光速现象，对电磁波截止频率的变化规律进行了探讨，并用能带理论进行了解释和分析。关键词：等离子体；等离子体光子晶体；时域有限差分方法(FDTD)；传榆矩阵法；色散关系ABSTRACTRESEARCHONTHEELECTROM【AGNETICCHARACTERISTICSOFoNE．DIMENIoNALPLASMAANDITSPHoToNICCRYSTALSPl

8、asmaismacroscopicallyaneutralionizationgas，whichiscomposedofcations，freeelectionsandneutralatoms．Itsmovementprimarilycontrolledbyelectromagneticforceexhibitsremarkablecollectiveaction．The