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硕士学位论文

二维手性光子晶体负折射现象的研究

THE RESEARCH OF NEGATIVE
REFRACTION IN TWO-DEMENSIONAL
CHIRAL PHOTONIC CRYSTAL

朱之伟








哈尔滨工业大学
2010 年 7 月
国内图书分类号:O437 学校代码:10213
国际图书分类号: 535 密级:公开



理学硕士学位论文

二维手性光子晶体负折射现象的研究










硕士研究生:朱之伟
导师:李俊庆教授
申请学位:理学硕士
学科、专业:光学
所在单位:物理系
答辩日期:2010 年 7 月 3 日
授予学位单位:哈尔滨工业大学
Classified Index: O437
.: 535




Dissertation for the Master Degree in Science

THE RESEARCH OF NEGATIVE
REFRACTION IN TWO-DIMENSION
CHIRAL PHOTONIC CRYSTAL







Candidate: Zhu Zhiwei
Supervisor: Prof. Li Junqing
Academic Degree Applied for: Master of Science
Speciality: Optics
Unit: Department of Physics
Date of Oral Examination: July, 2010
University: Harbin Institute of Technology
摘要
摘要
光子晶体作为一种优秀的人造光子学器件,在光通信等领域有着巨大的
应用前景,近年来引起了人们广泛重视。而手性材料因其独特的光学特性也
是国际上的研究热点之一,特别是手性的光子学器件的研究更是方兴未艾。
本文基于平面波展开法和时域有限差分法研究了二维手性光子晶体的负
折射现象。
首先,对于光子晶体和光学手性的研究现状进行了综述,论述了课题背
景及意义。概念上对光学手性进行了分类,简明阐述了介质手性和结构手性
的定义与发展状况。
为了将常用的一些计算光子晶体的数值方法应用到手性光子晶体中,我
们详细研究了双各向同性手性介质的本构方程。由于在手性介质中,本征模
式是左旋和右旋圆偏振光,故基于左右圆偏振光的分解方式,推导了适合于
时域有限差分法的手性离散方程,并描述了手性平面波展开法。
利用平面波展开法研究了二维手性光子晶体的带隙结构,通过仿真,得
出了二维光子晶体实现负折射的条件。相应的分别计算了正方、三角和蜂窝
格子下的左右旋圆偏振光的带隙结构,并详细讨论了手性参数对于带隙分离
和完全禁带的影响。
最后,利用时域有限差分算法模拟了直角梯形二维手性与非手性光子晶
体的负折射现象,并讨论了手性介质对左旋及右旋光的影响。

关键词: 手性;光子晶体;带隙结构;负折射
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哈尔滨工业大学理学硕士学位论文
Abstract
Recently, as an artificial photonic device with excellent performances,
photonic crystal (PC) has been found promising application in many fields, .,
munication, which arouse intensive interests. For their special optical
properties, the chiral materials are also one of the hot spots in international
academe. Particularly, the investigation of chiral photonics devices has caught
many researchers’ attention.
In this thesis, the negative refraction in two-dimensional chiral photonic
crystals has been studied based on planewave exp