一维光子晶体滤波器的设计及性能研究.pdf

天幸`,币么大学
石页士学位论文
天 津 师 范 大一主 林 关'
分类编号 单位代码
密 级 学 号
天冲 `币落大学
研究生学位论文
论文题 目 一维光子晶体滤波器 的设计及性
学 生 姓 名 申请学位级别
申请专业名称
研 究 方 向
指导教师 姓名 黄美东 专业技术职称 副教授
提 交论文 日期 年
D esig n a n d P roP e rties o f F ilters B a sed o n O n e一
摘 要
摘 要
光子晶体最本质特征是具有光子带隙, 即频率处于光子带隙范围内的光或电
磁波在光子晶体中传播是被严格禁止的 。光子晶体的性能是由其光子能带结构决
定的, 而光子能带结构取决于组份材料 介电常数 和空间结构 。组成一维光子
晶体的组份材料通常是两种不同的介电材料 , 这两种材料一旦确定, 光子晶体的
险能就主要靠其结构设计来调节和控制 。本论文以实验制备的组份膜的光学常数
为依据, 研究不同结构光子晶体的光子能带结构 。为了获得不同滤波性能的一维
光子晶体, 着重研究了性能与结构参数之间的关系 。
一, 采用射频磁控溅射方法在玻璃基片上制备 仇 和 单层膜, 利用
椭圆偏振法研究薄膜的光学常数 。首先利用椭偏仪测量得到样品的椭偏参数, 通
过反演计算, 拟合得到薄膜光学常数对波长的色散关系, 并将反演计算得到的透
射谱与实验测试结果进行对 比, 二者吻合, 从而验证了拟合结果的正确性, 为结
构设计提供了准确的材料光学性能参数 。
二, 以 和 为组分材料设计了结构为扭助 扭 ”的一维缺 陷光子
晶体 。为了研究该结构的滤波性能并对其优化, 利用传输矩阵方法拟合计算了不
同结构的光学透射谱 。研究结果显示, 该种结构光子晶体的光子带隙中央存在一
个极窄的透射窗 口 通过调整缺陷层前后的光子晶体重复周期 、缺陷层厚度和波
的入射角可以改变窄带透过窗口的位置和窄带的宽度 经过结构优化, 在 、
、缺陷层光学厚度为 时, 窄带透过窗口的波长在参考波长
处 , 且其半功率 带宽小于 , 窗 口内的透射率 可 以接近 。
三, 以 和 从 为组分材料设计了结构为 水 吐 的异质结结
构一维光子晶体 。分别研究了 的重复周期 、周期厚度和入射角对光子带隙
的位置 、 偏振和 偏振光所产生的影响 。 同时, 在 电磁波斜入射的条件下, 利
用 与 正 的 偏振光 的能带叠加 , 设计 出在带 隙区域 内, 获得允许
偏振光透过而 阻止 偏振光透过 的偏振带通滤波器 。该滤波器 具有 膜层较少