光子晶体英文版

1、光纤晶体简介报告人主要内容 光子晶体理论 特性 在实际中应用光子晶体 光子晶体（光子晶体（photonic crystal） 是一种介电常数随空间周期性变化的新是一种介电常数随空间周期性变化的新型光学微结构材料。型光学微结构材料。光子晶体光子晶体-自然界中的例子自然界中的例子ButterflyOpalSeamouse结构显色！结构显色！二、光子晶体中的量子理论电磁波可表示为：zktieHHzktieEE00k和 分别为角频率和波数，它们与周期T和波长的关系为：22kT波的传播速度（相速）为：kT和初相位：的振幅和分别是，设HEHEHE00HEiieHHeEE00002002rrk ：代入波动方

2、程，即可得 0rE22rEk程为定态下的电磁波波动方. 1r，则如果介质为非磁性介质 对于对于非均匀非均匀介质，尤其是其介电常数介质，尤其是其介电常数是周期性变化时，有是周期性变化时，有 nkrrrr和变动介电常数平均介电常数两个部分之和：可将相对介电常数写为则有：222()rrkc带入波动方程可得：2222222222( )( )( )() ( )( )rrrrE rE rE rccE rE rcc 与周期场中电子运动方程比较22( )2V rEm()( )V rRV r电子转载周期场中的结论22( 0 )2kkEm考虑周期场后：对比到光波周期场种情况呈线性关系和系的特点是因此其色散关光子的

3、能量kkcppEE理论上得到结论具有不同介电常数的介质具有不同介电常数的介质材料随空间呈周期性的变材料随空间呈周期性的变化时，在其中传播的光波化时，在其中传播的光波的色散曲线将成带状结构的色散曲线将成带状结构，当这种，当这种空间有序排列的空间有序排列的周期可与光的波长相比位周期可与光的波长相比位于同一量级，而折射率的于同一量级，而折射率的变化反差较大时变化反差较大时带与带之带与带之间有可能会出现类似于半间有可能会出现类似于半导体禁带的导体禁带的“光子禁带光子禁带”(photonic band gap) (photonic band gap) 。光子晶体特性光子带陷：在一定频率范围内的光子在光子

4、晶体内的某些方向上是严格禁止传播的。光子局域：在光子晶体中引入杂质和缺陷时，与缺陷态频率符合的光子会被局限在缺陷位置，而不能向空间传播。光子带隙 光子带隙是一个频率区域，当入射光的频率落在其中时，它被完全反射，不能穿过光子晶体。 物理上，光子带隙来源于被周期性介电结构强散射的光之间的干涉。 1、光子晶体的空间结构-能否相干 2、构成的光子晶体材料介电常数之比-散射强度。光子局域应用 微波天线微波天线 高效率低反射透镜高效率低反射透镜 微谐振腔微谐振腔 高效率发光二极管和低阈值激光震荡高效率发光二极管和低阈值激光震荡 宽带带阻滤波器和极窄带滤波器宽带带阻滤波器和极窄带滤波器 非线性光子器件和光子存储器非线性光子器件和光子存储器光子晶体光纤 两种类型：TIR-PCF 是通过全反射原理来导光，与普通光纤类似；PBG-PCF则是通过光子带隙效应导光，即把光限制在光子晶体的缺陷即空气孔中导光。 图1 TIR-PCF的典型结构图2 PBG-PCF的典型结构实物图光子晶体光纤（光子晶体光纤（PCF）的特性）的特性 ： (1)无截止单模无截止单模( Endlessly Single Mode) (2)不同寻常的色度色散不同寻常的色度色散 (3)极好的非线性效应极好的非线性效应 (4)优良的双折射效应优良的双折射效应光子晶体激光器 优点： 光纤激光器比传统的固体激光