《一维液晶光子晶体器件的研究（学位论文-工学）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《一维液晶光子晶体器件的研究（学位论文-工学）（71页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、沈 阳 理 工 大 学硕 士 学 位 论 文一 维 液 晶 光 子 晶 体 器 件 的 研 究姓 名 ： 王 彦 华申 请 学 位 级 别 ： 硕 士专 业 ： 物 理 电 子 学指 导 教 师 ： 徐 送 宁2011-03沈 阳 理 工 大 学 硕 士 学 位 论 文摘 要一 维 液 晶 光 子 晶 体 具 有 引 入 缺 陷 工 艺 简 单 、 易 集 成 、 驱 动 电 压 低 、 成 本 低 、易 多 元 化 和 良 好 的 调 谐 性 能 ， 将 在 未 来 以光子 为 载 体 的 全 光 网 络 中 发 挥 重 要 的 作用 ， 已 经 成 为 光 子 晶 体 研 究 的 热 点
2、。 本 文 针 对 一 维 液 晶 光 子 晶 体 器 件 进 行 了 研 究 ，主 要 内 容 包 括 以 下 几 个 方 面 ：首 先 ， 基 于 传 输 矩 阵 法 ， 利 用 MATLAB 语 言 数 值 模 拟 了 在 不 同 介 质 材 料 、 不 同介 质 层 厚 度 比 、 不 同 入 射 角 和 不 同 周 期 数下一 维 光 子 晶 体 器 件 的 透 射 谱 ， 得 出 了光 子 禁 带 的 位 置 、 宽 度 随 这 些 参 数 变 化 的规律 。 根 据 理 论 模 拟 选 择 适 当 参 数 制 作了 SiO2/TiO2 多 层 膜 结 构 的 一 维 光 子 晶
3、体 器 件 ， 并 且 利 用 红 外 光 谱 仪 测 量 了 其 透 射谱 ， 讨 论 分 析 了 其 光 子 禁 带 特 性 。其 次 ， 设 计 了 一 维 液 晶 光 子 晶 体 滤 波 器 。 利 用 MATLAB 语 言 数 值 模 拟 得 出 滤 波器 滤 波 峰 的 位 置 随 液 晶 层 的 厚 度 、 折 射 率和周 期 数 变 化 的 规 律 。 依 据 理 论 模 拟 结果 制 作 了 一 维 液 晶 光 子 晶 体 滤 波 器 ， 并 且利用 红 外 光 谱 仪 测 量 了 其 透 射 谱 ， 对 其滤 波 特 性 进 行 了 分 析 。最 后 ， 针 对 具 有 独
4、 特 螺 旋 结 构 的 胆 甾 相 液 晶 ， 利 用 MATLAB 语 言 数 值 模 拟 了 其在 可 见 光 范 围 的 透 射 谱 ， 用 反 平 行 摩 擦 取向技 术 实 现 了 平 面 排 列 态 的 胆 甾 相 液 晶器 件 ， 并 且 利 用 紫 外 可 见 分 光 光 度 计 测 量了其 透 射 谱 。 通 过 分 析 理 论 模 拟 与 实 验结 果 得 出 ： 平 面 排 列 态 胆 甾 相 液 晶 器 件 具 有 光 子 禁 带 。关 键 词 ： 一 维 光 子 晶 体 ,光 子 禁 带 ,透 射 谱 ,向 列 相 液 晶 ,胆 甾 相 液 晶沈 阳 理 工 大 学
5、 硕 士 学 位 论 文AbstractThere are many advantages for one-dimensional photonic crystal, such as simpletechnology of leading into defects, easy integration, low driving voltage, low cost,diversity and good tuning performance. So, it will play an important role in theall-optical networks whose carriers ar
6、e photons and it has become a hot research forphotonic crystals. This paper investigates one-dimensional liquid crystal photoniccrystal devices and its main contents include the following aspects:At first, simulate the transmission spectrums of one-dimensional photonic crystaldevice separately with
7、different media materials, different thickness ratios of dielectriclayers, different incident angles and different number of cycles using transfer matrixmethod and MATLAB language. And receive the regulars that the location and width ofthe photonic band gap vary with the variation of these parameter
8、s. Select the appropriateparameters to produce SiO2/TiO2 multilayer one-dimensional photonic crystal devicesaccording to the theoretical simulation. Measure their transmission spectrum by infraredspectrometer and analyze the properties of photonic band gap.Secondly, design one-dimensional liquid cry
9、stal and photonic crystal filter andsimulate its transmission spectrum using MATLAB language. And get the regulars thatthe location of transmission peak for filters changes with the variation of the thicknessof liquid crystal layer, refractive index and the cycles. Manufacture one-dimensionalliquid
10、crystal and photonic crystal filter according to the theoretical simulation andmeasure its transmission spectrum by infrared spectrometer. Finally, analyze thefiltering properties.At last, simulate the transmission spectrums of cholesteric liquid crystal withunique helix in the visible range by MATL
11、AB language. Manufacture cholesteric liquidcrystal device in planar texture using anti-parallel friction orientation technical andmeasure its transmission spectrum by UV-Vis spectrophotometer. Finally, make aconclusion according to the theoretical simulation and experimental results: cholestericliqu
12、id crystal device in planar texture has photonic band gap.沈 阳 理 工 大 学 硕 士 学 位 论 文Key words： One-dimensional Photonic Crystal, Photonic Band Gap, TransmissionSpectrum, Nematic Liquid Crystal, Cholesteric Liquid Crystal沈 阳 理 工 大 学硕 士 学 位 论 文 原 创 性 声 明本 人 郑 重 声 明 :本 论 文 的 所 有 工 作 ， 是 在 导 师 的 指 导 下 ， 由
13、作 者 本人 独 立 完 成 的 。 有 关 观 点 、 方 法 、 数 据 和 文 献 的 引 用 已 在 文 中 指 出 ，并 与 参 考 文 献 相 对 应 。 除 文 中 已 注 明 引 用 的 内 容 外 ， 本 论 文 不 包 含 任何 其 他 个 人 或 集 体 已 经 公 开 发 表 的 作 品 成 果 。 对 本 文 的 研 究 做 出 重 要贡 献 的 个 人 和 集 体 ， 均 己 在 文 中 以 明 确 方 式 标 明 。 本 人 完 全 意 识 到 本声 明 的 法 律 结 果 由 本 人 承 担 。作 者 （ 签 字 ） ：日 期 ： 年 月 日学 位 论 文 版
14、权 使 用 授 权 书本 学 位 论 文 作 者 完 全 了 解 沈 阳 理 工 大 学 有 关 保 留 、 使 用 学 位 论 文的 规 定 ， 即 ： 沈 阳 理 工 大 学 有 权 保 留 并 向 国 家 有 关 部 门 或 机 构 送 交 学位 论 文 的 复 印 件 和 磁 盘 ， 允 许 论 文 被 查 阅 和 借 阅 。 本 人 授 权 沈 阳 理 工大 学 可 以 将 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 其 它 复 制 手 段 保 存 、 汇 编 学 位 论 文 。（ 保 密 的
15、学 位 论 文 在 解 密 后 适 用 本 授 权 书 ）学 位 论 文 作 者 签 名 ： 指 导 教 师 签 名 ：日 期 ： 日 期 ：第 1 章 绪 论第 1 章 绪 论1.1 引 言现 代 通 信 技 术 的 发 展 大 大 的 改 变 了 人 们 的 生 活 ， 尤 其 是 以 掺 饵 光 纤 放 大 器 为代 表 的 光 放 大 技 术 取 得 的 突 破 性 进 展 ， 使 光 通 信 网 络 向 全 光 方 向 迈 进 了 一 大 步 1。随 着 网 络 传 输 容 量 的 不 断 增 加 ， 波 分 复 用 (WDM)、 时 分 复 用 (TDM)、 空 分 复 用 (SD
16、M)等 光 复 用 技 术 受 到 人 们 的 重 视 并 被 广 泛 使用。 在 以 这 些 技 术 为 基 础 的 现 有 通 信 网中 ， 各 个 节 点 都 要 完 成 光 /电、电/ 光 的 转 换 ， 而 日 前 串 行 电 信 号 传 输 速 率 最 大 为40GbPs， 只 利 用 了 千 分 之 一 的 光 纤 容 量 (50THz)； 另 外 ， 大 多 数 信 号 处 理 都 要 依 赖半 导 体 芯 片 ， 而 半 导 体 集 成 电 路 在 速 度 、效率 的 提 高 上 受 到 量 子 效 应 、 电 子 自 身之 间 相 互 作 用 以 及 工 艺 制 作 尺 寸 的 限 制 ， 这 就 是 所 说 的 “电 子 瓶 颈 ”问 题 。1987 年 ， 由 E.Yablonovitch2和 S.John3提 出 的 光 子 晶 体 ， 不 仅 突 破 了 通 信 容 量的 限 制 ， 而 且 为 极 密 集 、 高 Q 值 的 光 子 器 件 的 实 现 和 解 决 “电 子
