玻璃基二维光子晶体磁旋光与散射特征研究

论文摘要

随着光子器件的微型化,光子晶体的应用越来越广泛。光子晶体结构可显著增强普通磁光材料的法拉第旋转,因此常应用于磁光调制器件设计。目前在单一磁光介质上制备二维磁性光子晶体仍较困难,以及对其详细偏振特性的研究还比较少。本文目的是提出一种容易制备的二维磁性光子晶体模型,并且具有较好的磁光响应。本论文中的二维光子晶体结构由Bi2O3-PbO-B2O3玻璃基底上分布的周期性三角晶格空气孔组成,其晶格常数和玻璃厚度均为2μm,中间存在一个点缺陷,在缺陷中填充Bi:YIG磁性颗粒。入射光沿轴向传播,采用时域有限差分法（FDTD）与Mie散射理论计算通过该模型后输出光的偏振态和光强分布。在此基础上研究了玻璃中残留气泡和磁性颗粒散射对线偏振光的影响、磁性光子晶体中偏振光的传输特性。此外,还讨论了磁性颗粒尺寸、入射光波长和晶格填充率等因素与磁光响应的关系,找到了优化的结构参数。重要结论如下:（1）制备磁性光子晶体时,保证玻璃基底中残留的气泡直径小于最小光波长,可显著减少气泡散射对偏振态的负面作用;球形磁性颗粒对前向散射光具有明显的聚光效应,而自身散射对偏振态的影响很小。（2）本文中的磁性光子晶体法拉第旋转增强依赖于光子晶体结构和磁性颗粒对光场局域产生的综合效应。当光波长与磁性颗粒半径以及晶格填充率相匹配时,具有更好的磁光特性。另外,带点缺陷的光子晶体能有效抑制线偏振光退偏。（3）当晶格填充率为25%和掺杂半径为0.6μm的Bi:YIG磁性颗粒时,该模型在光波长为1.2μm处的法拉第旋转可达到9.6 deg/μm。根据仿真结果,可制备出大尺寸的磁性光子晶体,同时获得较大的法拉第旋转。此外,磁性缺陷结构可增强法拉第旋转给设计磁性光子晶体提供了新思路。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
•   1.1 课题背景及意义
•   1.2 磁性光子晶体研究现状
•   1.3 论文研究内容及创新点
• 2 磁性光子晶体基本理论
•   2.1 光子晶体理论
•   2.2 磁光效应理论
•   2.3 散射理论
• 3 物理建模与FDTD算法
•   3.1 磁性光子晶体模型
•   3.2 时域有限差分算法
•   3.3 偏振态的表征
• 4 玻璃中颗粒的散射特性研究
•   4.1 气泡散射对偏振光的影响
•   4.2 磁性微粒散射对偏振光的影响
•   4.3 本章小结
• 5 磁性光子晶体的磁光效应研究
•   5.1 光局域效应与磁性颗粒的磁光效应
•   5.2 线偏振光在磁性光子晶体中的传输特性
•   5.3 磁性光子晶体的优化设计
•   5.4 本章小结
• 6 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 攻读硕士学位期间发表论文成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 张家辉

导师: 王双保

关键词: 光子晶体,米散射,磁性颗粒,法拉第效应,时域有限差分法

来源: 华中科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 物理学,化学

单位: 华中科技大学

分类号: O734

DOI: 10.27157/d.cnki.ghzku.2019.001079

总页数: 71

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