非布拉格反对称缺陷模的实验研究

论文摘要

完美周期结构中的缺陷能够改变其谱带结构,并控制结构内波的传播。缺陷态在电子信息产业、光子晶体应用等领域都扮演了非常重要的角色。而非布拉格禁带中的缺陷由于其复杂的共振机理和丰富的物理内涵,能够用于制作更加精密的光开关、传感器以及滤波器等功能器件,为缺陷模的应用提供了一个新的方向,具有非常重要的研究意义。本文从理论和实验等方面研究了具有缺陷的布拉格和非布拉格结构,着重讨论了非布拉格结构中缺陷模的产生和特性。本文主要研究内容包括以下几个方面:1、研究了周期侧壁水槽中水表面波禁带的产生及转化,结论表明水槽的周期结构会在透射谱的谱带上产生禁带,并且周期侧壁水槽两个侧壁之间的相位差会改变水表面波的共振形式。在两侧壁之间没有相位差时只存在布拉格共振;而侧壁完全错开,即相位差为π时只存在非布拉格共振。当相位差介于二者之间时布拉格和非布拉格共振同时存在。2、研究了水槽侧壁周期长度和起伏深度对禁带的影响。通过理论计算我们发现禁带的中心频率以及宽度均会随着水槽的周期波数而改变,并通过数值模拟和实验予以了证实。同时我们还研究了侧壁起伏与禁带宽度的变化,发现侧壁起伏深度的增加会极大改变禁带的宽度和深度。最后我们测量了频率处于禁带底部、禁带沿和通带处时,水槽中轴线上的能量分布,发现整个水槽中都存在着周期性的能量分布。并且在频率处于禁带时,能量在波导中传播约一半左右的距离就完全衰减了,而处于通带时衰减效果则不明显。3、研究了周期结构中缺陷模的特性,我们通过数值模拟和实验发现,在完美的周期结构中引入缺陷后在禁带中将会出现透射峰。之后我们调整了缺陷的长度,发现透射峰的中心频率和禁带的位置及宽度都会随之改变。当缺陷的长度在整数个周期长度范围内增加时,透射峰会向低频方向移动,同时禁带的中心频率也会随着红移。当缺陷长度接近整数倍周期长度时,透射峰将会并入禁带沿中,并且此时禁带的宽度最小。之后我们通过实验分析了透射峰中心频率处的能量分布,发现能量在缺陷处出现了局域化,从而产生透射峰。通过时域分析我们还了解到局域化的产生是随时间逐渐累积的。最后我们利用数值模拟的手段分析了有缺陷时整个水槽内的能量分布,发现非布拉格结构的水槽内带有相位的能量分布是关于缺陷中心对称的,而结构则是关于缺陷中心反对称。总之,我们从理论,数值模拟等方面对布拉格和非布拉格禁带及禁带中的缺陷模的性质进行了研究,并通过直观的水槽实验进行了实验验证,为研究光波在有缺陷的非布拉格光波导中传播提供了重要的参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 课题的研究背景和意义
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 非布拉格共振的发展状况
•     1.2.2 周期结构中的缺陷态
•     1.2.3 周期结构水槽中波的传播
•   1.3 本文的主要研究内容
• 第2章 非布拉格反对称缺陷模的理论基础
•   2.1 水波中的非布拉格共振
•     2.1.1 非布拉格共振条件的导出
•     2.1.2 周期侧壁水槽的平面波展开法
•   2.2 禁带中的缺陷模
•   2.3 本章小结
• 第3章 水表面波实验系统的搭建
•   3.1 实验装置
•     3.1.1 系统简介
•     3.1.2 水表面波检测
•   3.2 实验系统调节与数据处理
•   3.3 本章小结
• 第4章 周期结构中禁带的研究
•   4.1 周期侧壁水槽中的禁带
•   4.2 周期侧壁水槽中的禁带转化
•   4.3 禁带的调控
•     4.3.1 周期长度对禁带的影响
•     4.3.2 周期起伏深度对禁带的影响
•   4.4 本章小结
• 第5章 周期结构中缺陷模的研究
•   5.1 缺陷模谱带结构的调控
•   5.2 缺陷模的模场分布
•     5.2.1 水波能量的局域化
•     5.2.2 缺陷模的反对称分布
•   5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 张人众

导师: 樊亚仙

关键词: 非布拉格共振,缺陷模,水表面波,周期结构,模场分布

来源: 哈尔滨工程大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 物理学,化学,化学

单位: 哈尔滨工程大学

分类号: O734;O77

总页数: 71

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