基于有限元法二维光子晶体能带特性的研究

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1、国内图书分类号：TP212国际图书分类号：621.3工学硕士学位论文基于有限元法的二维光子晶体能带特性研究硕士研究生：武校刚导师：童凯副教授申请学位级别：工学硕士学科、专业：检测技术与自动化装置所在单位：电气工程学院授予学位单位：燕山大学万方数据ClassifiedIndex:TP212U.D.C.:621.3DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringSTUDYONTWO-DIMENSIONALPHOTONICCRYSTALSBANDPROPERTIESBASEDONFINITEELEMENT

2、METHODCandidate:WuXiaogangSupervisor:A.P.TongkaiAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpeciality:MeasuringTech.&AutomationDevicesUniversity:YanshanUniversity万方数据燕山大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文《基于有限元法的二维光子晶体能带特性研究》，是本人在导师指导下，在燕山大学攻读硕士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。据本人所知，论文中除

3、已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。作者签字：日期：年月日燕山大学硕士学位论文使用授权书《基于有限元法的二维光子晶体能带特性研究》系本人在燕山大学攻读硕士学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成果归燕山大学所有，本人如需发表将署名燕山大学为第一完成单位及相关人员。本人完全了解燕山大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权燕山大学，可以采用

4、影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。保密□，在年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密□。（请在以上相应方框内打“√”）作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日万方数据摘要近年来，光子晶体的理论分析与实验研究是光通讯和光器件技术的热点。在光子晶体光波导和光学无源器件的应用中，光子晶体的能带结构的可调谐性成为光子晶体在光通讯中广泛应用的瓶颈。因此，必须系统分析光子晶体的能带结构可调谐性的有效控制理论和方法。论文采用有限元方法针对二维光子晶体能带特性及其能带可调谐性的实现展开的研究。首先，理论分析了二维光子

5、晶体产生光子带隙的物理机理。以电磁波理论为基础，将介质中的光理解为一定频率的电磁波，给出了光子晶体的麦克斯韦方程组的标量微分形式。此外，依据电磁场中有限元法的分析过程，结合光子晶体中的Bloch理论和布里渊区域理论，以电磁学的变分原理为基础，建立了二维光子晶体有限元数学模型。其次，采用建立的二维光子晶体有限元模型分析了三种圆柱形晶格类型的二维光子晶体即三角晶格、正方晶格和蜂窝状六方晶格的二维光子晶体的能带特性。在此基础上，分别就介质柱介质的介电常数、背景介质的介电常数及介质填充比对三种晶格类型的二维光子晶体能带特性的影响进行深入研究。最

6、后，理论分析了三种场致效应(即温度效应、光弹效应和电光效应)对光子晶体结构的影响。结合光子晶体的介质折射率的变化导致其能带的变化，通过建立的有限元模型的仿真得到了三种效应下相应外界变量对二维光子晶体能带特性的影响。结果表明，利用三种场致效应特性，通过光子晶体介电材料的优化选择，可实现二维光子晶体能带可调谐性的有效控制及其优化。关键词二维光子晶体；有限元法；能带特性；可调谐性I万方数据AbstractTheoreticalanalysisandexperimentalstudyofphotoniccrystalsarehotspotsin

7、opticalcommunicationandopticaldevicetechnologiesinrecentyears.Andfortheapplicationofphotoniccrystalwaveguideandopticalpassivedevices,thetunabilityofbandstructureofphotoniccrystalhasbeenthebottleneckofwideapplicationinopticalcommunicationforphotoniccrystals.Therefore,thee

8、ffectivecontroltheoryandmethodoftunabilityofphotoniccrystalbandstructuremustbeanalyzedsystematically.Th