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1、 中 国 矿 业 大 学本科生毕业论文姓 名： 学 号： 学 院： 理 学 院 专 业： 光信息科学与技术 论文题目： 光子晶体缺陷模式共振透射机制的研究 专 题： 指导教师： 职 称： 年 月 徐州中国矿业大学毕业论文任务书学院 任务下达日期： 2011 年 1 月 3 日毕业论文日期： 2012年 2 月 20 日至 2012年 6 月 15 日毕业论文题目： 光子晶体缺陷模式共振透射机制的研究毕业论文专题题目：毕业论文主要内容和要求：光子晶体缺陷模式是处于光子带隙中的空间局域模式，利用这种模式可以实现光子晶体波导对光场的有效控制。本课题主要研究二维光子晶体线缺陷的相关参数（如折射率、层数
2、、入射频率等）对缺陷模式的透射传输性质的影响。了解能带基本知识、二维晶格及倒格子概念，了解光学模式的概念，掌握基本的软件Rsoft的基本操作知识。院长签字： 指导教师签字：中国矿业大学毕业论文指导教师评阅书指导教师评语（基础理论及基本技能的掌握；独立解决实际问题的能力；研究内容的理论依据和技术方法；取得的主要成果及创新点；工作态度及工作量；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）：成 绩： 指导教师签字： 年 月 日中国矿业大学毕业论文评阅教师评阅书评阅教师评语（选题的意义；基础理论及基本技能的掌握；综合运用所学知识解决实际问题的能力；工作量的大小；取得的主要成果及创新点；写作的规范程度
3、；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）：成 绩： 评阅教师签字： 年 月 日中国矿业大学毕业论文答辩及综合成绩答 辩 情 况提 出 问 题回 答 问 题正 确基本正确有一般性错误有原则性错误没有回答答辩委员会评语及建议成绩：答辩委员会主任签字： 年 月 日学院领导小组综合评定成绩学院领导小组负责人： 年 月 日摘 要光子晶体是由在空间周期性地排布的具有不同介电常数的介质材料而成的，它经过特殊设计，可以用来控制光的传输。带有缺陷的光子晶体可以作为光波导来使用，影响光通过缺陷波导透射的因素包括：入射光的频率和角度，晶体结构的各向异性，以及晶体界面处的修饰等。本文主要分析了光子晶体中缺陷模
4、式的投影能带对带隙内光束透射行为的影响。首先，基于光子晶体能带理论，通过对光子晶体的线缺陷折射率进行扫描，分析其对缺陷模式的投影能带结构的影响。然后通过时域有限差分法(FDTD)模拟高斯光束在光子晶体线缺陷波导中的透射情况，在此基础上分析了线缺陷折射率、入射光归一化频率、光子晶体厚度和表面修饰对光束透射的影响，并给出了相应的理论解释。关键词： 光子晶体； 投影能带结构； 线缺陷； 归一化频率； 表面修饰ABSTRACTPhotonic crystal (PC) is composed by dielectric materials with different dielectric const
5、ants periodically arranged in the space. It can be used to control the flow of light after being specially designed. Photonic crystal with a line defect can be used as a waveguide. The factors that affect the transmission of light through the PC waveguide include: the frequency, the incidence angle,
6、 the anisotropy of the crystal structure, and surface modification at the PC-air interface. This thesis analyzed the influence of the projected band of defect mode on the transmission behavior of light in the PC band gap.First of all, based on the PC band theory, we analyze the influence of the refr
7、active index of the line defect on the projected band structure of the defect mode by scanning the index of line defect. Then, we simulate the Gaussian beam transmission through the PC defect waveguide by the finite difference time domain method (FDTD. On the basis of above, we analyze the effect of
8、 refractive index of the line defect, the incident normalized frequency, PC thickness and surface modification to the beam transmission, and give a corresponding theoretical explanation.Keywords：Photonic crystal; Projectionbandstructure; Line defect; Normalized frequency; Surface modification目 录1 引言
9、11.1光子晶体简介11.1.1 光子晶体的概念11.1.2光子晶体的分类21.1.3 光子晶体的理论研究方法31.1.4 光子晶体的主要应用41.1.5 光子晶体的研究动态41.2 本论文的工作52 光子晶体能带理论62.1 布洛赫定理62.2 Maxwell方程组的本征值方程72.3 Bandslove中求解能带的方程82.4 Rsoft软件简介102.4.1 Bandslove模块概述102.4.2 Fullwave模块概述103 FDTD的基本原理和计算方法113.1 FDTD的基本原理113.2 FDTD的计算方法114光子晶体缺陷模式共振透射机制14 4.1 光子晶体缺陷结构介绍1
10、4 4.1.1 光子晶体缺陷结构的分类14 4.1.2 光子晶体缺陷结构下的能带15 4.1.3 小结184.2光子晶体缺陷模式下透射现象的模拟与研究184.2.1光子晶体缺陷模式下随缺陷折射率改变的透射现象194.2.2光子晶体缺陷模式下随入射频率改变的透射现象224.2.3光子晶体缺陷模式下随晶体层数改变的透射现象264.2.4光子晶体缺陷模式下随晶体表面修饰的透射现象294.3结论305 总结31参考文献31翻译部分英文原文34中文译文42致谢48中国矿业大学2012届本科生毕业论文 第49页1 引言在过去的半个世纪中，随着半导体集成电路的不断发展，信息技术得到了快速的发展，对人类生活和经济社会的发展产生了巨大的影响。总所周知，集成电路技术的发展一直遵循摩尔定律，即芯片集成度每18个月翻一番特征尺寸每三年缩小一倍。然而，当芯片达到经典尺寸的极限后1，进一步缩小特征尺寸、提高集成度已相当困难。另外制约着信息技术的进一步发展，即电子作为集成电路的主要载体，当集成度过高时，电子间存在库仑力，电子间的相互影响所产生的热效应将大大降低集成电路的性能，并引起能量损耗大、信息传输慢等问题。与电子相比，光子是以光速运动的粒子，其静止质量为零，且相互之间没有作用力，因此，以光子作为信息及能量的载体有着巨大的优越性。因而用光子代替电子作为信息的载体将成为了解决困难的方法，
