光子晶體英文版

1、光纖晶體簡介報告人主要內容 光子晶體理論 特性 在實際中應用光子晶體 光子晶體（光子晶體（photonic crystal） 是一種介電常數(shù)隨空間周期性變化的新是一種介電常數(shù)隨空間周期性變化的新型光學微結構材料。型光學微結構材料。光子晶體光子晶體-自然界中的例子自然界中的例子ButterflyOpalSeamouse結構顯色！結構顯色！二、光子晶體中的量子理論電磁波可表示為：zktieHHzktieEE00k和 分別為角頻率和波數(shù)，它們與周期T和波長的關系為：22kT波的傳播速度（相速）為：kT和初相位：的振幅和分別是，設HEHEHE00HEiieHHeEE00002002rrk ：代入波動方

2、程，即可得 0rE22rEk程為定態(tài)下的電磁波波動方. 1r，則如果介質為非磁性介質 對于對于非均勻非均勻介質，尤其是其介電常數(shù)介質，尤其是其介電常數(shù)是周期性變化時，有是周期性變化時，有 nkrrrr和變動介電常數(shù)平均介電常數(shù)兩個部分之和：可將相對介電常數(shù)寫為則有：222()rrkc帶入波動方程可得：2222222222( )( )( )() ( )( )rrrrE rE rE rccE rE rcc 與周期場中電子運動方程比較22( )2V rEm()( )V rRV r電子轉載周期場中的結論22( 0 )2kkEm考慮周期場后：對比到光波周期場種情況呈線性關系和系的特點是因此其色散關光子的

3、能量kkcppEE理論上得到結論具有不同介電常數(shù)的介質具有不同介電常數(shù)的介質材料隨空間呈周期性的變材料隨空間呈周期性的變化時，在其中傳播的光波化時，在其中傳播的光波的色散曲線將成帶狀結構的色散曲線將成帶狀結構，當這種，當這種空間有序排列的空間有序排列的周期可與光的波長相比位周期可與光的波長相比位于同一量級，而折射率的于同一量級，而折射率的變化反差較大時變化反差較大時帶與帶之帶與帶之間有可能會出現(xiàn)類似于半間有可能會出現(xiàn)類似于半導體禁帶的導體禁帶的“光子禁帶光子禁帶”(photonic band gap) (photonic band gap) 。光子晶體特性光子帶陷：在一定頻率范圍內的光子在光子

4、晶體內的某些方向上是嚴格禁止傳播的。光子局域：在光子晶體中引入雜質和缺陷時，與缺陷態(tài)頻率符合的光子會被局限在缺陷位置，而不能向空間傳播。光子帶隙 光子帶隙是一個頻率區(qū)域，當入射光的頻率落在其中時，它被完全反射，不能穿過光子晶體。 物理上，光子帶隙來源于被周期性介電結構強散射的光之間的干涉。 1、光子晶體的空間結構-能否相干 2、構成的光子晶體材料介電常數(shù)之比-散射強度。光子局域應用 微波天線微波天線 高效率低反射透鏡高效率低反射透鏡 微諧振腔微諧振腔 高效率發(fā)光二極管和低閾值激光震蕩高效率發(fā)光二極管和低閾值激光震蕩 寬帶帶阻濾波器和極窄帶濾波器寬帶帶阻濾波器和極窄帶濾波器 非線性光子器件和光子存儲器非線性光子器件和光子存儲器光子晶體光纖 兩種類型：TIR-PCF 是通過全反射原理來導光，與普通光纖類似；PBG-PCF則是通過光子帶隙效應導光，即把光限制在光子晶體的缺陷即空氣孔中導光。 圖1 TIR-PCF的典型結構圖2 PBG-PCF的典型結構實物圖光子晶體光纖（光子晶體光纖（PCF）的特性）的特性 ： (1)無截止單模無截止單模( Endlessly Single Mode) (2)不同尋常的色度色散不同尋常的色度色散 (3)極好的非線性效應極好的非線性效應 (4)優(yōu)良的雙折射效應優(yōu)良的雙折射效應光子晶體激光器 優(yōu)點： 光纖激光器比傳統(tǒng)的固體激光