【摘 要】
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光子禁带与光局域性是光子晶体(Photonic Crystals,PCs)的独特性质,人为的引入缺陷或调整结构可以实现对光子禁带改造,最终实现对电磁波的调制作用,这使光子晶体在未来具有取代半导体地位的潜力。相比于电子传输,光子传输具有较高的传输速率、较快的响应速度、较大的信息存储量、较低的能量损耗等优点,这正是现代信息化发展所渴求的。一维光子晶体虽然结构比较简单,但依然具备光子晶体典型的特性,相比
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光子禁带与光局域性是光子晶体(Photonic Crystals,PCs)的独特性质,人为的引入缺陷或调整结构可以实现对光子禁带改造,最终实现对电磁波的调制作用,这使光子晶体在未来具有取代半导体地位的潜力。相比于电子传输,光子传输具有较高的传输速率、较快的响应速度、较大的信息存储量、较低的能量损耗等优点,这正是现代信息化发展所渴求的。一维光子晶体虽然结构比较简单,但依然具备光子晶体典型的特性,相比于二维和三维光子晶体来说,一维光子晶体计算更加简便。本文的工作便是在这种模型的基础之上,进行深入展开,以探究一维光子晶体的实用性价值。本文基于电磁波理论,推导了光子晶体的传输矩阵,传输矩阵法是本文所采用的光子晶体计算方法,这种方法方便快捷,比较适合一维光子晶体的计算。本文构建了三种不同结构类型的一维光子晶体,并分析了TE波入射时,入射角、周期数、周期厚度等几个参数对一维光子晶体的传输特性的影响。其结果表明,适当地改变光子晶体的一些参数可以有效地调控光子晶体的禁带宽度和位置,也可以借此对缺陷模进行类似的调整,从而实现对传输电磁波的调制。石墨烯的特殊晶格结构使其具备许多优良的材料特性,如高电子迁移率、延展性强、响应速度快等等,但单层石墨烯吸光率过低限制了在光电方面的应用。为了进一步提高是石墨烯的吸光率,本文将石墨烯材料应用到光子晶体中,提出了一种石墨烯光子晶体结构模型,并对它进行了相应的参数分析,以探寻石墨烯光子晶体最优良的光吸收性能。结果表明,通过改变入射角度,石墨烯层数和缺陷层厚度等参数可以对石墨烯光子晶体的光波吸收波段进行选择。通过适当的调整光子晶体的结构参数也可以增加石墨烯光子晶体的光吸收率。设计了两种复合式光子晶体的结构模型,一种是利用禁带叠加来实现可见光波段的超宽反射带结构,一种是采用多微腔缺陷结构构成的石墨烯光子晶体结构,这种结构再次提升了石墨烯的对光的吸收。这两种结构进一步提高了光子晶体的实用性。通过本论文的研究,对应用光子晶体实现光吸收和滤波提供了理论基础,并在光子晶体模型结构设计方面提供了一定的参考价值。
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