基于一维等离子体光子晶体TE/TM滤波特性研究开题报告

 2020-02-10 11:02

1. 研究目的与意义(文献综述)

自从1987年yablonovitch 和 john 做了开创性的工作后,光子晶体已经成为了光学和材料领域的研究热点。光子晶体是一种由两种或两种以上介电材料在空间上周期性排列构成的材料。它具有和半导体材料相仿的禁带特性,从而能够影响电磁波在空间中的传播,这一特性使得它被广泛的应用于光子设备中。但传统的光子晶体内部结构固定,无法调控内部介质层的介电常数,使得一种光子晶体只能实现一个波段的滤波,因此实用性大大的降低。

近年来等离子体物理得到了很大的发展,等离子体是一种具有等效折射的分散介质,其等效介电常数随磁场的改变而发生变化的特性,为可调控光子晶体的出现提供了很好的理论依据,将等离子体层和普通介质层在空间上周期性排列组合就能得到等离子体光子晶体。比起传统的光子晶体,等离子体光子晶体具有可调节和非金属的优势。

另一个方面,横电波(te)和横磁波(tm)的分离器是集成光子器件中的一个重要组成部分。te波和tm波分离器是一种能让te波和tm波分离的装置,它能使同时存在的te波和tm波,在一个特殊的频率区间中只能透过一种偏振态(te波或者tm波)。目前te/tm分离器的研究有很多,其中包括了波导、旋向介质、光子晶体等,其中最简便的设计方案便是利用一维光子晶体进行滤波来实现分离。

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2. 研究的基本内容与方案

研究的基本内容:学习和理解光子晶体的基本原理以及实现方法;学习转移矩阵法并编写相对应代码;利用转移矩阵法编写代码研究一维等离子体光子晶体te/tm滤波特性,探讨等离子体对其特性的调控。

目标:对不同频段的te/tm波通过等离子体光子晶体后的透过率进行数值模拟分析,分别绘出介质介电常数的改变、等离子体层厚度的改变、入射角的改变、是否加入磁场调控四个方面对不同频段的te/tm波通过一维等离子体光子晶体的影响图像,探究利用一维等离子体光子晶体滤波实现可调控的te/tm波分离器的可行性。

拟采用的技术方案及措施:分别改变介质介电常数、等离子体层厚度、入射角、加入磁场调控四个方面,绘出介质介电常数的改变、等离子体层厚度的改变、入射角的改变、是否加入磁场调控四个方面对不同频段的te/tm波通过一维等离子体光子晶体的影响图像。利用转移矩阵的方法编写代码在matlab上进行数值模拟研究。在介质介电常数、等离子体层厚度、入射角、加入磁场调控四个方面对不同频段的te/tm波通过等离子体光子晶体后的透射率图像上分析一维等离子体光子晶体的滤波特性,探究可调控的te/tm波分离器的可实现方案。

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3. 研究计划与安排

第1-3周:进行查阅光子晶体的相关文献资料,明确研究内容,了解光子晶体和等离子体的基本概念和基础知识。确定研究思路和方向,完成开题报告。

第4-6周:了解光子晶体的研究现状,深入学习光子晶体的基本原理以及实现方法。

第7-10周:自我学习转移矩阵法并利用matlab完成对“一维等离子体光子晶体参数对整体结构滤波特性的影响”的代码编写。

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4. 参考文献(12篇以上)

[1] joannopoulos, j. d. and johnson, s. g.and winn, j. n. and meade, r. d. photonic crystals: molding the flow oflight[m]. new jersey: princeton university, 2008.

[2] b. guo. transfer matrix for obliquelyincident electromagnetic waves propagating in one dimension plasma photoniccrystals[j]. plasma science and technology, 2009, 11: 1-18.

[3] b. guo. photonic band gap structures ofobliquely incident electromagnetic wave propagation in a one-dimensionabsorptive plasma photonic crystal[j]. physics of plasmas, 2009, 16: 043508.

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