一、光子晶体——一种新型人工带隙材料（论文文献综述）
郝蕙莹[1]（2021）在《光子晶体平板波导设计及慢光特性研究》文中提出在光通信时代,全光通信成为人们研究的热点,而全光缓存是实现全光通信的重要技术之一,通过将光速减慢的慢光技术为全光缓存和全光信息处理等技术的发展奠定了重要的基础。慢光就是光在介质中的传播速度小于在真空中,慢光可以使光与物质间的相互作用加强,正在被广泛地应用到光通信、光传感等相关方向中。光子晶体是一种人为构建合成的新型光学结构,具有介电常数呈现空间周期性的特点,而且尺寸小,可控性强,在室温下可以产生慢光,以及独特的光子带隙和局域特性在慢光领域展现了巨大的优势。本文以光子晶体结构为研究对象,说明了光子晶体的基本理论和数值分析方法,并对慢光和光子晶体慢光机理加以阐述。设计了硅光子晶体波导和槽波导结构,分别对两种波导结构的慢光特性进行了计算研究和优化,通过调整两种波导的结构参数,降低了光传播的群速度。本文的主要研究内容如下:1.使用Rsoft软件中Band SOLVE模块设计光子晶体平板结构,通过扫描其结构参数计算分析其带隙特征,选择和确定光子晶体平板结构的晶格类型为三角晶格,空气孔半径为0.453a,平板厚度为1.15a。并对完整光子晶体平板结构的模式使用全域分析法分析计算。2.在平板结构中去掉中间一排的空气孔引入线缺陷,形成光子晶体波导结构,在线缺陷处引入槽通道形成光子晶体槽波导结构。对波导的缺陷模进行计算分析,得到光子晶体波导的色散曲线图。3.研究慢光特性。分别对两种波导结构色散曲线的缺陷模本征值数据研究计算,通过微调波导结构缺陷两侧的空气孔半径及其位置偏移量、槽宽等结构参数,设计得到光子晶体慢光波导,群速度分别为0.020c和0.016c。通过本文的研究,设计出了光子晶体波导和槽波导结构,并通过微调波导的结构参数,得到了较低的群速度。本文对光子晶体慢光波导的设计与研究具有参考意义。
李儒颂[2]（2021）在《1.3μm高速光子晶体面发射激光器与拓扑面发射激光器研究》文中研究指明随着智慧城市、5G网络、人工智能、云计算和大数据中心等新一代信息技术的快速发展,网络数据流量在近年来呈现出指数增长趋势,促使光互连技术向更高速率、更大容量和更低功耗的方向发展。高速面发射激光器作为该领域关键核心器件,具有重要的研究价值和广阔的应用前景。垂直腔面发射激光器（VCSELs）由于长波长DBR难以外延生长且具有较大的损耗和串联电阻,因而还难以满足应用需求。而光子晶体面发射激光器（PCSELs）具有大面积单模激射、任意光束整形与偏振调控、片上二维光束控制及波长易于拓展等多种突出功能,因此在实现光纤的两个低损耗传输窗口（1.31μm,1.55μm）更具优势。近年来,受凝聚态中拓扑相和拓扑相变概念的启发,基于拓扑能带论的拓扑光子学正在兴起,其中具有鲁棒性的拓扑腔面发射激光器（TCSELs）不仅拥有高光束质量的优点,而且可以产生携带轨道角动量（OAM）的涡旋光束。OAM复用技术可极大提高光通信系统的信道容量,是未来通信技术的重要发展方向。本论文基于光子晶体对光子态的调控,结合光子晶体微腔与光子晶体带边激射原理设计出了具有异质光子晶体腔结构,为实现高速PCSELs提供了可行性方案,同时将具有拓扑性质的光子晶体引入面发射激光器中并通过合理的优化设计,以达到高速、大功率、低阈值、窄线宽和提高边模抑制比的目的,具有潜在替代现有VCSELs的优势。主要研究内容和创新成果如下:1.对PCSELs的带边激射原理和阈值增益进行了理论分析,并结合半导体激光器速率方程推导出了PCSELs的光功率公式,同时分析了二维光子拓扑绝缘体的边界态与拓扑相变机理,为研制高速PCSELs与TCSELs提供了理论基础。2.开展了高速双晶格PCSELs的理论研究。设计了增强面内光反馈的PCSELs,其谐振腔是由两种具有不同光子带隙的光子晶体组成的面内异质结构,除了利用光子晶体带边的光反馈外,还利用了两种光子晶体边界的反射,并通过调控其中双晶格光子晶体的两个空气孔间距来提高反向传播光之间的一维耦合系数,从而实现对激射模式的强面内限制。通过三维时域有限差分法（3D-FDTD）证实了我们所提出的异质PCSELs可以在较小的正方形区域内实现1.3μm单模激射,并可能实现大于30 GHz的3d B调制带宽。3.开展了基于Dirac点高速PCSELs的理论研究。通过调控光子晶体参数得到双Dirac锥形色散,设计了增强Dirac点面内反馈的PCSELs,并且由于在Dirac点态密度可以降为零,而自发辐射耦合系数?与态密度成反比,因此利用Dirac点作为带边激射,可有效提高PCSELs调制速率,通过3D-FDTD证实其是以四极模激射,在基于少模的空分复用系统中可能具有潜在的应用。4.开展了基于能带反转光场限制效应的高速拓扑体态面发射激光器的理论研究。拓扑谐振腔是由拓扑态光子晶体（R2=1.05R0）外围完整拼接与其带隙相当的拓扑平庸态光子晶体（R1=0.94R0）构成,在拼接的边界处会产生光场的反射和限制效应,通过3D-FDTD证实其可在较小的正六边形区域内实现1.3μm低发散角单模激射。此外,该拓扑体态面发射激光器由于能带反转引起的反射只发生在靠近布里渊区中心附近的一个很小的波矢范围,因此限制了能够获得有效反馈的模式数目,这种模式选择机制与带边模式PCSELs完全不同,更有利于实现单模面发射,在高速光通信领域中的应用将更具有优势。5.开展了高速Dirac涡旋腔面发射激光器的理论研究。通过对正常蜂窝光子晶体超胞应用广义的Kekulé调制和收缩操作,然后将它们完整拼接得到异质Dirac涡旋腔（具有鲁棒的中间带隙模）,同时适当调控腔中子晶格的尺寸,使得带间模收敛于Dirac点频率并处于外围光子晶体的禁带中,以达到增强带间模面内光反馈的目的,从而有利于实现高速调制。研究结果表明,以该异质Dirac涡旋腔的带间模作为带边激射,可在较小的区域内实现1.3μm单模矢量光束输出,这为发展具有优异性能的新型高速拓扑PCSELs提供了可能。
张建宇[3]（2021）在《光子晶体单元对波导滤波器滤波特性的影响研究》文中研究表明随着微波通信的发展,低频频段已经无法满足通信需求,随之开拓了高频频段的微波通信技术。然而,随着频率的提高,微波的传输距离也越来越小,加之各种阵列天线的普及,对发射端滤波器的功率需求也越来越高。因此,能够工作在多频段、大功率情况下的微波滤波器成为高频微波通信系统中的重要器件。基于微波波段的光子晶体同样具有带隙作用,本文把光子晶体引入能够传输大功率微波的波导中,构成了光子晶体波导滤波器。在此基础上,利用高频电磁仿真软件High Frequency Structure Simulator（HFSS）进行建模仿真,研究光子晶体单元对光子晶体波导滤波器滤波性能的影响,主要工作如下:（1）综合分析了微波滤波器、光子晶体、波导的相关理论和特性。（2）将一维光子晶体结构引入矩形波导中,构成了在3GHz～6GHz之间的矩形波导双带通滤波器;利用HFSS进行建模仿真计算,重点研究了一维光子晶体单元的尺寸、排布方式、以及所引入缺陷等对矩形波导滤波器滤波性能的影响;作为拓展,研究了一维光子晶体排布方式对单脊波导滤波器滤波特性的影响。（3）将二维光子晶体结构引入矩形波导,利用HFSS进行建模仿真计算,重点研究了圆柱形、方柱形、六棱柱形的几何尺寸、排布方式、缺陷等对二维光子晶体矩形波导滤波器带通和带阻特性的影响;作为拓展,研究了分别加载圆柱形、方柱形、六棱柱形时圆形波导和单脊波导的滤波特性。（4）将三维光子晶体结构引入矩形波导中,建模、仿真、重点研究了球形和方形光子晶体单元的几何尺寸、排布方式、以及缺陷等对光子晶体矩形波导滤波器滤波性能的影响;作为拓展,研究了分别加载球形和方形光子晶体单元时圆波导的滤波特性。
谢柳[4]（2021）在《基于界面效应调控的新型二维光电器件研究》文中提出自2004年石墨烯发现以来,二维材料在电子、光电子、谷电子、自旋电子和催化等应用领域表现出巨大潜力,引起了科学和工程领域的广泛关注。其中,该类材料（如石墨烯,过渡金属硫族化合物,黑磷（BP）等）以其层状依赖能带结构及独特的电子、光电子特性,在高速、宽波段光探测等方面带来了很多突破性进展。然而,在光探测器应用中,单一二维材料普遍存在灵敏度低、响应度低等问题,且难以满足片上多功能集成的需求,这对开发基于二维材料的高性能、高集成度光电器件提出了挑战。尽管如此,二维材料其表面无悬挂键和原子层厚度的特点使该类材料的集成和电子性质调控变得更加容易,并且其可以通过范德华力与任意衬底结合,无需晶格匹配,表现出更多组合自由度,从而为实现高性能、多功能的电子和光电子器件奠定了基础。基于此,本论文首先探索一些新型二维光电材料（包括新型窄带隙二维半导体Cr2S3、PdSe2）并对其物性进行了深入研究;在此基础上,构筑了界面电荷诱导的光电器件（Cr2Ge2Te6/SiO2、BP/锆钛酸铅（PZT））和界面能带调控的光电器件（BiCuOSe/WSe2）,在不同界面诱导机制下,超越了各单一材料的光电性能与功能。进而,我们实现了光探测光谱覆盖的拓展,灵敏度、探测度的大幅提升,并获得了基于新原理的多功能集成光电存储器和隧穿光电探测器。主要研究内容如下:1.利用新型窄带隙半导体的能带和物性优势,拓展光探测频谱范围。a)针对依赖传统窄带隙半导体的红外探测器所面临的制备复杂、昂贵且集成度低的问题,本文通过低成本且简易的化学气相沉积方法实现了二维窄带隙（-0.15 eV）半导体Cr2S3可控制备,获得了具有单胞厚度（-1.85 nm）的Cr2S3纳米片。生长的Cr2S3表现出优异的环境稳定性,即使暴露在空气中超过两个月,其降解也可以忽略。基于二维Cr2S3的光电探测器展现出高响应度（在520 nm可达14.4AW-1,在808 nm可达6AW-1在1550nm可达3AW-1）和高探测度（在520 nm 可达 4.0 × 1010 Jones,在 808 nm 可达 1.7 × 1010 Jones,在 1550 nm 可达8.3 × 109 Jones）。b)二维PdSe2随层数变化可以实现半导体到金属特性的转变,具有高的热电系数和载流子迁移率,是极具潜力的光探测材料。本文利用其优异特性,构筑了金属-半导体-金属结构的探测器。基于电磁波诱导势阱效应,PdSe2太赫兹器件在366.12 GHz处响应度高达1.7 V W-1,太赫兹响应带宽f3dB=～2.9 kHz,在很大程度上拓展了其探测波长范围。2.利用界面电荷诱导效应,设计器件实现单一材料光探测性能的大幅提升和多功能集成。a)构筑了 Cr2Ge2Te6/SiO2器件,在硅基界面电荷诱导作用下,二维Cr2Ge2Te6半导体表现出一种罕见的负光电导（NPC）特性,且该电导可以通过控制入射光强来调节。更重要的是,NPC特性使Cr2Ge2Te6光电探测器具有超灵敏的光响应,能实现对入射功率强度低至0.04 pW微弱光的探测,其响应度高达340 A W-1。b)构筑了二维半导体BP/铁电材料PZT铁电场效应晶体管。该晶体管在BP/PZT界面电荷诱导作用下,表现出可控的正、负光电导特性,使得实现了一种具有“电写-光读”工作模式的非易失性光电存储器。BP/PZT器件具有可靠的数据保存（超过3.6 × 103 s）和疲劳（超过500次循环）性能,同时具有极低的能耗（驱动电压<10 mV）。3.通过界面能带工程调控,实现多功能隧穿光电探测器件。BiCuOSe作为一种新型的具有自掺杂效应的二维材料,表现为本征p型重掺杂以及化学性质稳定的窄带隙半导体,因而具备成为隧穿器件p型沟道材料的潜力。本文采用低压化学气相沉积方法,通过控制生长条件抑制相分离,制得了厚度10 nm左右、尺寸80μm以上的二维四元化合物BiCuOSe薄膜。该材料的输运特性和能带结构研究表明,其载流子浓度高达1020 cm-3,带隙为～0.45 eV,功函数为～5.1-5.2 eV。并通过人工定向干法转移构筑BiCuOSe/WSe2异质结,该器件具有超过105的高整流比和高于104的开关比。利用界面能带调控,实现了 84 mV dec-1的低压阈值摆幅隧穿晶体管以及响应度为-1 AW-1的优异光伏探测性能。
胡磊[5]（2021）在《二维及类二维光子晶体在狄拉克频率处的局域特性研究》文中研究表明二维材料因其独特的性质吸引了众多研究者的兴趣,其中最吸引人的特征之一是石墨烯电子能带结构中圆锥形的能带片段连接而成的奇点狄拉克点,该点处的模态密度为零,在其邻近范围内,模态密度线性衰减,色散曲线呈线性变化。近年来,由于光子晶体中的狄拉克点也具有不同寻常的色散关系,吸引了越来越多人的关注,对克莱因隧穿效应、量子震颤效应和赝扩散等行为进行了研究。同时,异于传统光子带隙或全内反射原理,狄拉克频率处的新型光局域和导光机制应运而生,这种狄拉克定域/导波模式由于具有独特的代数衰减特性,作为一种光子晶体的新颖类量子效应,将为新型光子器件、光子芯片结构、光学传感的设计增加可行性和灵活性。本文采用理论分析、数值计算和微波实验的方法,对不同波段、不同晶格类型、色散/非色散材料、二维/类二维光子晶体中狄拉克锥的性质以及狄拉克频率处的局域模和相关特性进行了深入的研究,主要研究工作和结果如下:1)电介质光子晶体狄拉克局域模式的数值模拟与实验分析。介绍具有高品质因数、代数形式的慢衰减速率以及稳定驻波特性的TE模式三角晶格光子晶体中的狄拉克频率局域模。在微小折射率差近似下分析了TM模式三角晶格光子晶体布里渊区角点处的简并性及其附近的色散特性,推导得到了TM模式下含缺陷三角晶格光子晶体所具有的与TE模式完全类似的狄拉克频率局域特性,利用数值方法计算了TM狄拉克局域模,验证了其特性,相关模拟结果与理论分析一致。讨论了蜂窝晶格、Kagome晶格、A7晶格等多种复式晶格光子晶体的狄拉克局域模式,丰富了理论的多样性,为制造优良性能的新型导波器件提供了多种选择。2)微波光子晶体谐振腔的狄拉克局域模式测试。设计了一种包含中心缺陷的二维微波光子晶体,计算了狄拉克频率下的局域模式,解释了这种模式的特殊性质,用实验测量了含缺陷和不含缺陷时光子晶体的透射谱,发现只有当引入缺陷时,狄拉克频率处才会出现谐振峰,峰值的频率不会随入射波方向的改变而改变,由于此测试中不会激发起边缘模式,因此该实验验证了一种局域模式的存在,即狄拉克频率处的局域模。虽然该实验是在微波频率范围内进行的,但根据光子晶体的比例缩放特性,这一结论可以扩展到其他电磁频段。3)金属光子晶体狄拉克局域模式的数值模拟与理论分析。推导了含损耗的金属色散介质光子晶体能带计算方法,该方法可以推广到不含损耗或包含非色散材料的光子晶体等各种简化模型。在微小折射率差近似下分析了TM模式下三角晶格金属光子晶体布里渊区角点处的简并性及其附近的色散特性,研究了光波段TM模式下含缺陷三角晶格金属光子晶体的狄拉克频率局域特性,研究了多种缺陷类型下微波金属光子晶体的TE/TM狄拉克局域特性,所有的理论结果均通过数值模拟进行了验证,理论与仿真具有良好的契合度。通过向金属介质柱光子晶体的背景中填充等离子体,实现了频率可调的狄拉克局域模。尽管金属为色散介质,介电函数依赖电磁波频率,但是通过研究可以发现,由金属介质柱构成的光子晶体谐振腔同样可以支持狄拉克频率局域模,展现出与电介质光子晶体谐振腔一样的性质,这为扩展新型器件的应用扩展提供了帮助。4)光子晶体平板狄拉克局域模式的数值模拟与理论分析。研究了平板模式与普通二维光子晶体模式间的关系,在微小折射率差近似下分析了三角晶格光子晶体平板在布里渊区角点处的简并性及其附近的色散特性,发现了在光子晶体平板中存在类TE模式的狄拉克锥,而这一狄拉克锥可以通过抬升相应二维光子晶体狄拉克锥的频率来获得。分析了平板谐振腔中的狄拉克频率局域特性,讨论了平板厚度对局域模式的影响。光子晶体平板在实际设计、加工、应用中所具有的实用性,将为新型器件的使用提供有力的支持。
黄超[6]（2020）在《实时响应型光子晶体微球阵列的制备与外场调控》文中提出光子晶体是一种由两种以上介电常数不同的物质在空间上周期性排列的微纳结构,能强烈反射特定波长的光,具有鲜艳的结构色。刺激响应型光子晶体能够在外场激励如温度、电场、磁场、pH、溶剂和药物等作用下改变光子晶体晶格间距进而改变结构色。近年来对外界环境具有响应特征的光子晶体被广泛研究,使其在光子芯片、色度传感器、显示材料、仿生器件、生物医疗等领域有广泛的应用。具有蛋白石结构和反蛋白石结构的光子晶体可通过对刺激响应材料结构的变化设计出多重响应的光学器件,实现对外界刺激源的探测,在诸多领域开始引起关注。目前,研究较多围绕在平面型的光子晶体及其响应行为的调控,针对三维立体及柔性光子晶体的实时响应行为研究较少。因此,本文从光子晶体的结构设计出发,通过多种刺激响应材料复合成蛋白石和反蛋白石结构光子晶体体系,并对其调控机制和实时响应行为进行了探究。主要内容包括:1.构建了特异响应型反蛋白石结构光子晶体水凝胶微球,通过改良的STOBER法水解制备粒径高度均一的SiO2纳米粒子,搭建微流道平台组装蛋白石结构SiO2光子晶体微球模板。通过分子印迹水凝胶和蛋白石光子晶体微球模板结合,利用低温紫外聚合的方式尽可能完整的保留反蛋白石光子晶体结构,在刻蚀SiO2纳米粒子和洗脱印记分子后,得到具有特异性识别的反蛋白石结构光子晶体印记分子水凝胶微球,微球在印记分子存在的环境下引起分子印迹水凝胶内部渗透压升高膨胀,导致光子晶体晶格参数变化,光子带隙发生了明显的可重复性红移。系统研究了反蛋白石光子晶体水凝胶微球的尺寸效应,通过改变水凝胶微球尺寸调节检测灵敏度与检测范围,提出便携特异性色度检测概念,实现了通过反蛋白石光子晶体水凝胶微球对MPA快速、便携检测。2.通过一步法构建了 Janus磁响应蛋白石结构光子晶体微球,在自组装体系中引入PDMS,将单分散乳胶粒子的自组装、磁性纳米粒子的分层沉降和PDMS的固化同步完成。Janus磁响应蛋白石结构光子晶体微球的光子晶体面具有长程有序面心立方堆积结构,微球具有鲜艳的结构色,由于双面磁性纳米粒子含量的巨大差异,对磁场方向的变化非常灵敏,可以与变化的磁场保持一致的频率。同时将单色与多色的Janus磁响应蛋白石结构光子晶体微球与带有凹槽的模板结合设计构建成一种对磁场变化实时响应的显示器件,微球在填充硅油的凹槽模板中能够随着磁场方向的变化,实时改变其方向,实现信息的多重编码、图形的表达与隐藏,在光子晶体实时磁响应显示、信息记录等方面有着潜在的应用。3.通过滚涂法快速构建了大尺寸、形状可控的温敏型短程有序的蛋白石结构光子晶体薄膜,宏观具有明显的结构色,随着环境温度的升高,温敏变色薄膜颜色由灰黑色变为半透明的乳白色与光子晶体层的乳胶粒子形成类似透明的介质,薄膜整体呈现透明状态,反射光强度明显减小。通过向温敏变色薄膜前驱体中添加适量的去离子水,发现可以显着改善温敏蛋白石结构光子晶体薄膜的柔性和力学性能。基于改性温敏型蛋白石结构光子晶体薄膜出色的柔性,构建了可任意弯曲的近红外光实时响应型光子晶体防伪标签和多色蛋白石结构光子晶体柔性显示薄膜。通过980 nm近红外光进行定点照射,照射区域由于温度迅速升高,从反射态转化为透明态,通过裸眼可以清晰识别光子晶体标签隐藏的二进制编码信息和光子晶体柔性薄膜上近红外光写出的信息;随着近红外光源的撤除,可以通过降低光子晶体复合薄膜表面温度,达到实时隐藏二进制编码信息和可逆擦除多色光子晶体薄膜上记录的信息功能。
王悦[7]（2020）在《二维非对称结构对磁振子晶体第一布里渊区的影响》文中研究指明磁振子晶体是一种具有周期性结构的人工磁性介质。由于磁振子晶体作为周期结构材料的非均匀填充性质导致了它与传统材料的不同,而且自旋波在磁振子晶体中具有新颖、高效的传播性质,在未来的微波应用领域中具有很大的潜力。自旋波的波长可以持续到0.1nm的范围,相比于同频率的电磁波（光子）自旋波波长则更短,可以应用于小于10nm的设备。此外,自旋波频率覆盖范围也非常广范,可以根据需求进行人工晶体的调控。同时磁振子晶体允许自旋信息在室温下进行传输,且传输过程中不会消耗焦耳热量。综上,节能又高效以及其它众多优点使磁振子晶体的相关研究近几年在相关领域内正快速发展。磁振子晶体这些相关应用主要是利用其能带结构中所产生的带隙,所以要使磁振子晶体满足更多的应用,首要研究任务就是获得更多可以人工剪裁的带隙结构。然而带隙打开的困难之处就在于其布里渊区高对称点处所产生的简并态,简并越强越不利用于磁振子晶体带隙的打开,因此如何消除这些高对称点处的简并态是磁振子晶体带隙优化的真正途径。降低晶体结构的对称性就是一个非常好的消除简并态方法,因此利用人工晶体结构产生非对称性可以有效地将简并态分离开。本文在前人研究的基础上提出了非对称结构磁振子晶体模型。在以往研究中通常认为晶体的不可约布里渊区是不发生变化的,即将第一布里渊区约化成传统小区域,该区域是指对称结构磁振子晶体模型对应的不可约布里渊区。然而由于人造晶体的结构具有可调控性,其结构的对称性是可以发生变化的。本论文研究发现当晶格结构出现非对称性时,就使其不可约布里渊区也发生改变,即不可约布里渊区不再是原来传统的小区域,可能会扩大。此外,对于对称结构磁振子晶体而言,由于每一条能带的频率极值都位于不可约布里渊区边界高对称线上,所以只沿约化后的小区域边界高对称线计算就能得到整个第一布里渊区内真实的带隙结构。但是对于非对称结构磁振子晶体而言,能带的极大值与极小值出现的位置也不再位于不可约区域边界高对称线上了,而是可能出现在区域内部。因此,对于具有非对称性结构的这类磁振子晶体,若将其第一布里渊区约化到传统小区域并只计算沿其边界上的带结构是不能获得准确的带结构信息,必须扩大研究范围甚至在整个第一布里渊区内计算带频率才能得到完全的带结构信息。
周夏琛[8]（2020）在《由不同材料构成的光子晶体中的光子带隙和局域特性》文中研究说明光子晶体是指具有光子带隙特性的由不同折射率的材料周期排列而成的人造微纳结构。光子晶体的基本特征是可以控制电磁波的传播,比如,禁止光在某些特定波长范围内的传播。如果在周期排列的光子晶体中插入缺陷层,打乱光子晶体的周期性,则可以在光子禁带中产生一个缺陷模,缺陷模波长的光波不再被禁止传播,而是可以透射穿过光子晶体。近些年来,离子束技术被用于调制材料的光学特性,其中一种典型的应用就是改变材料的折射率。光子晶体的光学特性依赖于结构中材料的参数,包括材料的折射率和厚度等。据此,我们利用离子辐照等手段作用在一维光子晶体上,研究材料的参数改变对光子晶体中的光子带隙和光子局域的影响。近年来,随着微纳加工技术的不断进步,在亚波长尺度下,物质与电磁波的相互作用引起了人们的广泛关注。超构材料是一种由尺寸远小于工作波长的基本单元按照某种排部方式所组成的人工微纳材料,其有着自然界中的天然材料所不存在的特殊电磁特性,比如负折射、完美成像及特殊的色散特性等。在此基础上,将超构材料和常规材料构成光子晶体,这类光子晶体相较于完全由常规材料组成的光子晶体,将会有更多的奇特电磁性质。本论文主要做了两方面的理论和实验工作。一是离子辐照对光子晶体的光学特性的调制研究,二是含双曲超构材料的光子晶体中的全向光子带隙特性研究。论文第二章中,我们同时在理论和实验上研究了离子辐照对于全介质光子晶体的光子带隙与光子局域特性的有效调制。首先,我们分别在实验上制备了周期性光子晶体和含缺陷层的光子晶体,然后分别用不同剂量的离子进行辐照,发现光子带隙的频率范围会随着离子剂量的增加而增大,这主要是由于光子晶体中的材料折射率比值的增大导致的。另外,还发现光子带隙和缺陷模随离子剂量的增加向短波长方向移动,经过分析得出,这种蓝移是由于光子晶体中的每层薄膜的厚度随着离子剂量的增加而减小。通过本章的研究发现,离子辐照不仅会改变材料的折射率,还会改变材料的厚度。通过控制离子辐照的剂量,可以定量地调控光子晶体的带隙。因此,利用离子束技术实现光子晶体光学特性的改性具有重要的意义和应用价值。论文第三章中,在近紫外和可见光波段,我们同时在理论和实验上研究了含双曲超构材料的光子晶体的全向光子带隙特性,其中双曲超构材料由亚波长金属-介质多层膜构成,并与通常的介质材料薄膜组成基本单元周期排列构成光子晶体。研究发现,对于TM偏振的光波,随入射角度的增加,该新型光子带隙的长波长带边呈现反常的红移,而短波长带边呈现正常的蓝移。实验测试结果与模拟仿真结果符合的很好。利用这样的光子带隙特性,可以用于研制高品质的全向反射镜等光子器件。
刁超[9]（2020）在《含超构材料的人工微纳结构对电磁波的调控研究》文中进行了进一步梳理光子晶体是一种能够调控电磁波的由折射率不同的材料周期排列组成的人工微纳结构,与半导体利用能带调控电子类似,光子晶体也能够利用能带调控光子的行为,光子能带包括光子通带和禁带,落在光子禁带内的光子无法通过光子晶体,该禁带也称为光子带隙,是光子晶体的重要特征之一,光子带隙在滤波器、传感器和信息传输等领域具有重要的应用价值。光子晶体的另一重要特征是具有光子局域,如果在完整光子晶体中插入缺陷或者破坏掉光子晶体的周期性都可以产生光子局域,在界面附近激发的局域模被称为界面态,与界面态有关的研究可以应用于显微成像、分子化学、生物医学检测等领域,具有非常重要的应用,是科学研究的热点问题。近些年来,超构材料因为其对电磁波的奇异调控特性受到了广泛的关注。超构材料通常是由亚波长单元构成的人工微纳结构,其具有不同于天然材料的调控电磁波的特性。空间色散关系为双曲面的各向异性超构材料被称为双曲超构材料,具有高k和特殊的双曲色散性质,让其成为科研人员关注的热点。因此,利用含不同类型超构材料的光子晶体实现对电磁波的调控具有重要的科学意义。本文的研究内容包括两大部分,一是具有两种不同单负特性的超构材料和一维光子晶体组成的光子异质结构中的界面态的理论和实验研究;二是在微波段,含双曲超构材料的光子晶体的奇异光子带隙和光子局域的理论研究。论文第二章中,在微波段,我们构建了具有电单负和磁单负特性的超构材料,并与具有等效磁单负和电单负作用的光子晶体构成两种光子异质结构,在理论和实验上研究了其中的电磁界面态。这种界面态在单负超构材料和有限光子晶体的交界面处有很强的电磁场局域。在微波暗室中,我们测量了不同偏振、不同入射角度以及不同光子晶体周期数条件下,这类光子异质结构中的界面态导致的滤波特性,实验结果与理论预期符合的很好。论文第三章中,在微波段,我们构建了双曲超构材料,将其与普通介质材料作为一个基本单元,形成光子晶体,理论上研究了其中的奇异光子带隙,包括角度不敏感的光子带隙和反常红移的光子带隙,这些奇异带隙的形成原因是由于电磁波在双曲超构材料和普通介电材料中的相位变化趋势是相反的,这个机制被称为相位变化补偿机制。进一步,我们在含双曲超构材料的光子晶体中插入缺陷,理论上发现,可以实现角度不敏感的光子局域态。利用这样的光子晶体,可以用于在微波段研制新型的高品质电磁器件。
陈亚枫[10]（2020）在《声/光子晶体奇异特性拓扑优化》文中认为声波和光波的调控在国防、航空航天以及医疗等领域有着十分重要的作用。然而普通天然材料在对声波与光波的调控方面存在一定的限制。因此迫切需要可以有效调控声波与光波的人工微结构。声/光子晶体是材料常数周期变化而形成的新型人工复合材料,通过设计它们的单胞微结构,可以展现带隙、单向传输、类狄拉克锥以及拓扑边界态等奇异的特性。利用这些奇异特性可以实现隔振降噪、电磁波屏蔽以及隐身等功能。因此,声/光子晶体可以突破传统材料的限制,在在航空航天、国防及民用生活等领域具有重要的应用价值。声/光子晶体的奇异特性显着依赖于单胞的形状特征。目前设计声/光子晶体的方法主要是经验式猜想设计。为了突破传统启发式经验设计方法不足,探究最优单胞构型,拓扑优化开始被应用于声/光子晶体的单胞设计。当前,声/光子晶体拓扑优化设计主要集中于带隙设计。但传统声/光子晶体带隙拓扑优化方法存在无法控制带隙位置、无法设计偏带隙以及绝对带隙等问题。此外,关于类狄拉克锥以及拓扑绝缘体的拓扑优化设计也暂无系统研究。为此,本文将基于凋落波理论开展声/光子晶体带隙设计,并系统开展光子晶体类狄拉克锥以及拓扑绝缘体的拓扑优化设计,主要内容和结果包括:开发了基于凋落波理论声子晶体拓扑优化方法,对声子晶体面内、面外及绝对带隙模式开展了拓扑优化设计。通过最大化目标频率处的波矢最小虚部,获得了声子晶体面内模式和面外模式在不同特定频率附近的带隙。通过同时最大化目标频率处面内模式和面外模式的波矢最小虚部,设计了具有绝对带隙的声子晶体。通过同时最大化多重频率的波矢最小虚部,设计了具有多重带隙的声子晶体。所提出的方法解决了传统带隙优化方法无法控制带隙位置以及无法获得多重带隙和绝对带隙等问题。提出了基于声子晶体偏带隙的单向传输结构的拓扑优化方法。首先通过拓扑优化最大化ΓX方向波矢最小虚部,同时约束ΓM方向波矢最小虚部为零,设计了声子晶体不同特定频率处的偏带隙。随后将优化后声子晶体置于弯曲矩形波导中组成单向传输结构。全波仿真表明所设计的单向传输结构具有极佳的单向传输性能。建立了光子晶体绝对带隙拓扑优化方法。通过拓扑优化同时将横向电场模式和横向磁场模式波矢最小虚部最大化,获得了在不同特定频率附近具有绝对带隙的新型光子晶体构型。所提出的方法克服了传统方法依赖初始结构、无法控制带隙位置等问题。发展了光子晶体类狄拉克锥拓扑优化方法,通过拓扑优化方法将单极模态和偶极模态激发在相同目标频率处,设计了不同特定频率下横向电场模式和横向磁场模式类狄拉克锥。基于优化的光子晶体结构展示了隐身、波前整形以及隧道效应等零折射率现象。其次设计了在非线性光学领域具有重要应用的三阶狄拉克锥。所有优化的光子晶体都具有平滑边界,容易制造。建立了基于量子自旋霍尔效应的光子拓扑绝缘体拓扑优化方法。首先通过拓扑优化将两个偶极模态和两个单极模态激发在相同目标频率处,设计了具有双狄拉克锥的光子晶体。然后,通过拓扑优化将双狄拉克锥打破,分别将偶极模态激发在四极模态下方和上方设计了平庸和非平庸光子晶体构型。通过将平庸光子晶体和非平庸光子晶体组合并形成边界。获得了具有超宽拓扑边界态的拓扑光子晶体。该方法可以在不改变单胞尺寸下控制拓扑边界态位置,具有重要的实际应用价值。最后,通过全波仿真展示了拓扑光子晶体自旋锁定单向传输以和稳健性传输特性。
二、光子晶体——一种新型人工带隙材料（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、光子晶体——一种新型人工带隙材料（论文提纲范文）
（1）光子晶体平板波导设计及慢光特性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 光子晶体概述 |
| 1.2.1 光子晶体概念 |
| 1.2.2 光子晶体基本特性 |
| 1.2.3 光子晶体的应用 |
| 1.2.4 光子晶体制备方法 |
| 1.3 光子晶体波导及其慢光特性的国内外研究动态 |
| 1.4 本论文主要内容 |
| 2 光子晶体理论及慢光特性研究 |
| 2.1 光子晶体结构及晶格 |
| 2.2 数值分析方法 |
| 2.2.1 平面波展开法 |
| 2.2.2 时域有限差分法 |
| 2.3 光子晶体波导 |
| 2.3.1 二维平板光子晶体波导 |
| 2.3.2 光子晶体槽波导 |
| 2.4 慢光技术 |
| 2.4.1 慢光基本概念 |
| 2.4.2 慢光生成技术 |
| 2.4.3 光子晶体慢光机制 |
| 2.5 仿真工具 |
| 2.6 本章小结 |
| 3 光子晶体平板结构设计 |
| 3.1 硅光子晶体平板结构的设计 |
| 3.1.1 晶格类型的确定 |
| 3.1.2 空气孔半径和平板厚度的确定 |
| 3.2 硅光子晶体平板结构带隙分析 |
| 3.3 完整光子晶体平板结构模式分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 光子晶体线缺陷波导结构设计及慢光特性研究 |
| 4.1 光子晶体线缺陷波导结构设计 |
| 4.2 缺陷光子晶体结构模式分析 |
| 4.3 光子晶体线缺陷波导结构的慢光特性研究 |
| 4.3.1 缺陷两侧空气孔半径对群速度的影响 |
| 4.3.2 缺陷两侧空气孔偏移量对群速度的影响 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 光子晶体槽波导结构设计及慢光特性研究 |
| 5.1 光子晶体槽波导结构设计 |
| 5.2 光子晶体槽缺陷波导的慢光特性研究 |
| 5.2.1 槽缺陷两侧空气孔半径对群速度的影响 |
| 5.2.2 槽缺陷宽度对群速度的影响 |
| 5.2.3 槽缺陷两侧空气孔偏移量对群速度的影响 |
| 5.3 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
（2）1.3μm高速光子晶体面发射激光器与拓扑面发射激光器研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 高速半导体激光器及其研究状况概述 |
| 1.2.1 高速垂直腔面发射激光器(VCSELs)概述 |
| 1.2.2 高速分布反馈(DFB)激光器概述 |
| 1.2.3 高速量子级联激光器(QCLs)概述 |
| 1.2.4 高速光子晶体激光器(PCLs)概述 |
| 1.2.5 高速半导体激光器的瓶颈及发展趋势 |
| 1.3 光子晶体面发射激光器(PCSELs)研究进展 |
| 1.3.1 大面积相干1.3μm PCSELs |
| 1.3.2 PCSELs的光束模式控制 |
| 1.3.3 PCSELs的光束控制 |
| 1.3.4 高亮度PCSELs |
| 1.4 拓扑光子学 |
| 1.4.1 从拓扑电子学到拓扑光子学 |
| 1.4.2 拓扑光子晶体激光器研究进展 |
| 1.5 涡旋光束 |
| 1.5.1 涡旋光束的发展历程 |
| 1.5.2 涡旋光束光通信原理及优势 |
| 1.5.3 OAM模式的复用与解复用 |
| 1.5.4 OAM编码通信技术 |
| 1.5.5 拓扑涡旋激光器研究进展 |
| 1.6 本论文选题依据及主要研究内容 |
| 第二章 高速光子晶体面发射激光器的理论基础 |
| 2.1 半导体激光器速率方程理论 |
| 2.1.1 量子阱激光器速率方程模型 |
| 2.1.2 量子级联激光器速率方程模型 |
| 2.1.3 量子点激光器速率方程模型 |
| 2.2 半导体激光器的直接调制原理 |
| 2.3 光子晶体面发射激光器(PCSELs)的理论基础 |
| 2.3.1 PCSELs带边激射原理 |
| 2.3.2 PCSELs阈值增益 |
| 2.3.3 PCSELs输出光功率 |
| 2.3.4 PCSELs输出光功率的提高方法 |
| 2.3.5 PCSELs三维耦合波理论 |
| 2.4 Purcell因子和自发辐射因子 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 拓扑光子学基础 |
| 3.1 拓扑绝缘体与Dirac方程 |
| 3.1.1 Dirac方程和束缚态的解 |
| 3.1.2 修正的Dirac方程与Z2 拓扑不变量 |
| 3.1.3 拓扑不变量与量子相变 |
| 3.1.4 拓扑保护的边界态解 |
| 3.2 拓扑物理中的经典模型 |
| 3.2.1 Su-Schrieffer-Hegger(SSH)模型 |
| 3.2.2 Haldane模型 |
| 3.2.3 Bernevig-Hughes-Zhang(BHZ)模型 |
| 3.3 光子Dirac锥及其相关物理 |
| 3.3.1 光子晶体中的Dirac锥 |
| 3.3.2 Dirac 光局域模 |
| 3.4 二维光子拓扑绝缘体 |
| 3.4.1 光子拓扑绝缘体中的拓扑不变量 |
| 3.4.2 赝时间反转对称性与赝自旋 |
| 3.4.3 二维拓扑保护边缘态 |
| 3.4.4 拓扑光子晶体的k·P模型 |
| 3.4.5 拓扑光子相变机理 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 1.3μm 高速光子晶体面发射激光器研究 |
| 4.1 双晶格光子晶体谐振腔 |
| 4.1.1 双晶格光子晶体谐振腔的概念 |
| 4.1.2 双晶格光子晶体谐振腔晶格间距的调谐 |
| 4.2 1.3μm高速双晶格光子晶体面发射激光器设计 |
| 4.2.1 异质PCSELs的结构设计 |
| 4.2.2 理论分析 |
| 4.2.3 结论 |
| 4.3 基于Dirac点 1.3μm高速光子晶体面发射激光器的设计 |
| 4.3.1 研究背景 |
| 4.3.2 理论基础 |
| 4.3.3 器件设计 |
| 4.3.4 仿真结果 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 1.3μm 高速拓扑体态面发射激光器研究 |
| 5.1 高速拓扑体态面发射激光器的设计 |
| 5.1.1 二维拓扑光子晶体谐振腔的设计 |
| 5.1.2 仿真结果 |
| 5.2 理论分析 |
| 5.2.1 蜂窝光子晶体的紧束缚模型 |
| 5.2.2 基于赝自旋能带反转分析 |
| 5.2.3 拓扑谐振腔支持的腔模 |
| 5.3 本章小结 |
| 第六章 1.3μm 高速 Dirac 涡旋腔面发射激光器研究 |
| 6.1 矢量光束的理论基础 |
| 6.2 Dirac涡旋腔 |
| 6.2.1 对DFB激光器和VCSELs的拓扑理解 |
| 6.2.2 Jackiw-Rossi零模 |
| 6.2.3 Dirac涡旋腔的参数 |
| 6.2.4 Dirac涡旋腔的性质 |
| 6.3 1.3μm 高速 Dirac 涡旋腔面发射激光器的设计 |
| 6.3.1 异质 Dirac 涡旋腔的设计 |
| 6.3.2 仿真结果 |
| 6.4 本章小结 |
| 第七章 总结与展望 |
| 7.1 本论文主要完成工作 |
| 7.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（3）光子晶体单元对波导滤波器滤波特性的影响研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景和意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.3 研究内容 |
| 第2章 基本理论 |
| 2.1 光子晶体 |
| 2.1.1 光子晶体基本概念和基本特性 |
| 2.1.2 光子晶体缺陷和结构 |
| 2.1.3 微波光子晶体的分析 |
| 2.1.4 光子晶体在微波领域的应用 |
| 2.2 微波滤波器概论 |
| 2.2.1 微波滤波器的基本概念 |
| 2.2.2 微波滤波器的分类 |
| 2.2.3 滤波器的技术指标 |
| 2.3 波导 |
| 2.3.1 波导结构 |
| 2.3.2 微波在矩形波导管传输理论 |
| 2.3.3 场的分布及波型 |
| 第3章 一维光子晶体对波导滤波器滤波特性的影响 |
| 3.1 无间隙排布光子晶体矩形波导滤波器滤波特性分析 |
| 3.1.1 一维长方体光子晶体波导滤波器 |
| 3.1.2 一维长方体光子晶体的宽度对滤波器的影响研究 |
| 3.1.3 一维长方体光子晶体缺陷波导滤波器 |
| 3.2 有间隙排布光子晶体矩形波导滤波器滤波特性分析 |
| 3.2.1 一维长方体光子晶体波导滤波器 |
| 3.2.2 一维长方体光子晶体的间隙对滤波器的影响研究 |
| 3.2.3 一维长方体光子晶体缺陷波导滤波器 |
| 3.3 一维光子晶体在单脊波导中的滤波特性分析 |
| 3.3.1 无间隙排布的光子晶体在单脊波导中的滤波特性分析 |
| 3.3.2 有间隙排布的光子晶体在脊波导中的滤波特性分析 |
| 3.4 小结 |
| 第4章 二维光子晶体对波导滤波器滤波特性的影响 |
| 4.1 圆柱形光子晶体矩形波导滤波器的滤波特性分析 |
| 4.1.1 二维圆柱形光子晶体波导滤波器 |
| 4.1.2 二维圆柱形光子晶体的半径和间隙对滤波性能的影响 |
| 4.1.3 二维圆柱形缺陷光子晶体波导滤波器 |
| 4.2 方柱形光子晶体矩形波导滤波器的滤波特性分析 |
| 4.2.1 二维方柱形光子晶体波导滤波器 |
| 4.2.2 二维方柱形光子晶体的长度、宽度和间隙对滤波性能的影响 |
| 4.2.3 二维方柱形缺陷光子晶体波导滤波器 |
| 4.3 六棱柱光子晶体矩形波导滤波器的滤波特性分析 |
| 4.3.1 二维六棱柱光子晶体波导滤波器 |
| 4.3.2 二维六棱柱光子晶体的底面边长和间隙对滤波性能的影响 |
| 4.3.3 二维六棱柱缺陷光子晶体波导滤波器 |
| 4.4 二维光子晶体在圆波导中的滤波特性分析 |
| 4.4.1 二维圆柱形光子晶体波导滤波器 |
| 4.4.2 二维方柱形光子晶体波导滤波器 |
| 4.4.3 二维六棱柱光子晶体波导滤波器 |
| 4.5 二维光子晶体在单脊波导中的滤波特性分析 |
| 4.5.1 二维圆柱形光子晶体波导滤波器 |
| 4.5.2 二维方柱形光子晶体波导滤波器 |
| 4.5.3 二维六棱柱光子晶体波导滤波器 |
| 4.6 小结 |
| 第5章 三维光子晶体对波导滤波器滤波特性的影响 |
| 5.1 三维球体光子晶体矩形波导滤波器的滤波特性分析 |
| 5.1.1 三维球体光子晶体波导滤波器 |
| 5.1.2 三维球体光子晶体的半径和间隙对滤波性能的影响 |
| 5.1.3 三维球体缺陷光子晶体波导滤波器 |
| 5.2 三维正方体光子晶体矩形波导滤波器的滤波特性分析 |
| 5.2.1 三维正方体光子晶体波导滤波器 |
| 5.2.2 三维正方体光子晶体的边长和间隙对滤波性能的影响 |
| 5.2.3 三维正方体缺陷光子晶体波导滤波器 |
| 5.3 三维光子晶体圆波导中的滤波特性分析 |
| 5.3.1 三维球体光子晶体滤波器 |
| 5.3.2 三维正方体光子晶体滤波器 |
| 5.4 小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表的学术论文和研究成果 |
| 致谢 |
（4）基于界面效应调控的新型二维光电器件研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 二维材料的特性与应用 |
| 1.2.1 二维材料的独特结构及性质 |
| 1.2.2 基于二维材料的多功能应用 |
| 1.3 光电探测器概论 |
| 1.3.1 光电探测器分类 |
| 1.3.2 光电探测机理 |
| 1.3.3 光电探测性能重要参数 |
| 1.4 二维光电探测器面临的挑战 |
| 1.5 论文研究的意义和主要内容 |
| 参考文献 |
| 第2章 二维材料及器件的制备与表征 |
| 2.1 二维材料的制备方法 |
| 2.1.1 微机械剥离法 |
| 2.1.2 液相剥离法 |
| 2.1.3 化学气相沉积法 |
| 2.2 二维异质结的制备方法 |
| 2.3 二维材料的表征手段 |
| 2.4 二维器件的制备及表征 |
| 2.4.1 紫外光刻技术 |
| 2.4.2 电子束蒸发镀膜技术 |
| 2.4.3 电子束光刻技术 |
| 2.4.4 半导体测试系统 |
| 参考文献 |
| 第3章 新型窄带隙二维半导体宽光谱探测器 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 基于Cr_2S_3纳米片的可见-红外光电探测器 |
| 3.2.1 Cr_2S_3纳米片的研究进展 |
| 3.2.2 Cr_2S_3纳米片的可控生长和转移 |
| 3.2.3 Cr_2S_3纳米片的表征及计算分析 |
| 3.2.4 器件制备与测试相关设备 |
| 3.2.5 Cr_2S_3纳米片的光电性能 |
| 3.2.6 小结 |
| 3.3 基于PdSe_2纳米片的太赫兹探测器 |
| 3.3.1 PdSe_2纳米片的研究进展 |
| 3.3.2 PdSe_2单晶的可控生长与表征 |
| 3.3.3 PdSe_2纳米片的制备及表征 |
| 3.3.4 PdSe_2太赫兹探测器的制备 |
| 3.3.5 PdSe_2太赫兹性能测试 |
| 3.3.6 小结 |
| 参考文献 |
| 第4章 界面电荷诱导的光电器件 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 超灵敏Cr_2Ge_2Te_6光电探测器 |
| 4.2.1 Cr_2Ge_2Te_6纳米片的研究进展 |
| 4.2.2 材料表征相关设备 |
| 4.2.3 Cr_2Ge_2Te_6单晶的可控生长与表征 |
| 4.2.4 器件制备与测试相关设备 |
| 4.2.5 Cr_2Ge_2Te_6纳米片的光电性能 |
| 4.2.6 小结 |
| 4.3 BP/PZT非易失性光电存储器 |
| 4.3.1 非易失性存储器的研究进展 |
| 4.3.2 铁电薄膜锆钛酸铅的制备 |
| 4.3.3 锆钛酸铅及黑磷的性能表征 |
| 4.3.4 BP/PZT晶体管的制备与表征 |
| 4.3.5 BP/PZT晶体管的极化依赖光电及调控机理 |
| 4.3.6 BP/PZT晶体管的光电存储性能 |
| 4.3.7 小结 |
| 参考文献 |
| 第5章 界面能带工程调控的BiCuOSe/WSe_2隧穿光电探测器 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 BiCuOSe纳米片的合成 |
| 5.3 材料表征相关设备 |
| 5.4 器件表征及相关设备 |
| 5.5 BiCuOSe纳米片的性能表征 |
| 5.6 BiCuOSe/WSe_2异质结的构筑及表征 |
| 5.7 BiCuOSe/WSe_2异质结的电学性能表征 |
| 5.8 BiCuOSe/WSe_2异质结的光学性能表征 |
| 5.9 小结 |
| 参考文献 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果 |
（5）二维及类二维光子晶体在狄拉克频率处的局域特性研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 二维材料 |
| 1.1.1 二维材料简介 |
| 1.1.2 石墨烯 |
| 1.2 光子晶体 |
| 1.3 狄拉克锥 |
| 1.3.1 二维材料狄拉克锥 |
| 1.3.2 光子晶体狄拉克锥 |
| 1.4 论文的研究内容及结构安排 |
| 2 光子晶体的基本性质与研究方法 |
| 2.1 光子晶体的理论基础 |
| 2.1.1 光子晶体中的波动方程 |
| 2.1.2 比例缩放法则 |
| 2.1.3 时间反演对称性 |
| 2.1.4 模式对称性 |
| 2.2 光子晶体的数值计算方法 |
| 2.2.1 平面波展开法 |
| 2.2.2 时域有限差分法 |
| 3 二维电介质光子晶体的狄拉克局域模式 |
| 3.1 TE偏振狄拉克局域模 |
| 3.1.1 布里渊区角点的简并性 |
| 3.1.2 布里渊区角点附近的线性色散关系 |
| 3.1.3 狄拉克频率处的模式分析 |
| 3.1.4 狄拉克频率处的缺陷局域模 |
| 3.1.5 基模品质因数 |
| 3.1.6 高阶模式 |
| 3.2 TM偏振狄拉克局域模 |
| 3.2.1 TM偏振下光子晶体的狄拉克锥 |
| 3.2.2 TM偏振下光子晶体的狄拉克频率局域模 |
| 3.3 复式晶格光子晶体狄拉克局域模 |
| 3.3.1 蜂窝晶格光子晶体的狄拉克频率局域模 |
| 3.3.2 Kagome晶格光子晶体的狄拉克频率局域模 |
| 3.3.3 A7 晶格光子晶体的狄拉克频率局域模 |
| 3.4 微波光子晶体狄拉克局域模的实验研究 |
| 3.4.1 二维微波光子晶体谐振腔的设计 |
| 3.4.2 实验过程和结果分析 |
| 4 二维金属光子晶体的狄拉克局域模式 |
| 4.1 二维金属光子晶体的能带计算 |
| 4.1.1 TM模式 |
| 4.1.2 TE模式 |
| 4.1.3 二维金属光子晶体能带特征 |
| 4.2 二维金属光子晶体的狄拉克频率局域模 |
| 4.2.1 金属光子晶体中的狄拉克点 |
| 4.2.2 TM偏振下光子晶体的狄拉克频率局域模 |
| 4.3 微波金属光子晶体狄拉克频率局域模的研究 |
| 4.3.1 TM模式 |
| 4.3.2 TE模式 |
| 4.3.3 实验方案 |
| 5 类二维光子晶体平(薄)板的狄拉克局域模式 |
| 5.1 光子晶体平板的能带计算 |
| 5.2 光子晶体平板模式与相应二维光子晶体模式的关系 |
| 5.3 光子晶体平板中的狄拉克频率局域模 |
| 6 总结与展望 |
| 6.1 研究总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 附录 |
| 攻读博士学位期间的学术活动及成果情况 |
（6）实时响应型光子晶体微球阵列的制备与外场调控（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 符号说明 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 前言 |
| 1.2 光子晶体概述 |
| 1.2.1 光子晶体的基本概念 |
| 1.2.2 光子晶体的分类 |
| 1.2.3 光子晶体的制备方法 |
| 1.3 响应型光子晶体的研究与发展 |
| 1.3.1 温度响应特性的光子晶体 |
| 1.3.2 溶剂响应特性的光子晶体 |
| 1.3.3 力致响应特性的光子晶体 |
| 1.3.4 药物响应特性的光子晶体 |
| 1.3.5 其他响应特性及新型光子晶体 |
| 1.4 非平面型光子晶体的研究与发展 |
| 1.4.1 蛋白石结构刺激响应型光子晶体微球 |
| 1.4.2 反蛋白石结构刺激响应型光子晶体微球 |
| 1.5 本论文研究目的及意义 |
| 1.6 本论文研究内容及创新点 |
| 第二章 特异响应型反蛋白石结构光子晶体水凝胶微球的构建及其调控 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 反蛋白石结构光子晶体分子印迹水凝胶微球的构建 |
| 2.2.1 实验部分 |
| 2.2.1.1 实验药品及主要仪器 |
| 2.2.1.2 反蛋白石结构光子晶体分子印迹水凝胶微球的制备及表征 |
| 2.2.2 结果与讨论 |
| 2.2.2.1 蛋白石结构光子晶体微球特性的研究 |
| 2.2.2.2 反蛋白石结构光子晶体分子印迹水凝胶微球及响应特性的研究 |
| 2.3 特异响应型反蛋白石结构光子晶体水凝胶微球色度检测及其调控机制 |
| 2.3.1 实验部分 |
| 2.3.1.1 实验药品及主要仪器 |
| 2.3.1.2 特异响应型反蛋白石结构光子晶体水凝胶微球色度检测系统的设计及构建 |
| 2.3.2 结果与讨论 |
| 2.3.2.1 特异响应型反蛋白石结构光子晶体水凝胶微球尺寸效应的研究 |
| 2.3.2.2 特异响应型反蛋白石结构光子晶体水凝胶微球阵列用于甲基膦酸的快速检测 |
| 2.4 小结 |
| 第三章 多色Janus结构实时磁响应型蛋白石光子晶体微球阵列的构建及其磁响应调控 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 Janus结构磁响应光子晶体微球的构建 |
| 3.2.1 实验部分 |
| 3.2.1.1 实验药品及主要仪器 |
| 3.2.1.2 单分散p(St-MMA-AA)乳胶粒子的制备及表征 |
| 3.2.1.3 Janus蛋白石结构光子晶体微球的制备及表征 |
| 3.2.2 结果与讨论 |
| 3.2.2.1 单分散p(St-MMA-AA)乳胶粒子结构特性的研究 |
| 3.2.2.2 Janus蛋白石结构光子晶体微球光学特性的研究 |
| 3.2.2.3 Janus蛋白石结构光子晶体微球尺寸特性的研究 |
| 3.2.2.4 Janus蛋白石结构光子晶体微球磁响应特性的研究 |
| 3.3 多色Janus结构磁响应型蛋白石光子晶体微球阵列用于实时磁响应显示材料的研究 |
| 3.3.1 实验部分 |
| 3.3.1.1 实验药品及主要仪器 |
| 3.3.1.2 单色Janus磁响应型蛋白石结构光子晶体微球阵列的设计及构建 |
| 3.3.1.3 多色Janus结构磁响应型蛋白石光子晶体微球阵列图案的设计及构建 |
| 3.3.2 结果与讨论 |
| 3.3.2.1 单色Janus结构磁响应型蛋白石光子晶体微球阵列调控机制的研究 |
| 3.3.2.2 多色Janus结构磁响应型蛋白石光子晶体微球阵列图案调控机制的研究 |
| 3.4 小结 |
| 第四章 近红外光响应实时显示型光子晶体薄膜的构建及其可调制光响应机理研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 温敏型蛋白石结构光子晶体薄膜的快速制备和构建 |
| 4.2.1 实验部分 |
| 4.2.1.1 实验药品及主要仪器 |
| 4.2.1.2 温敏型蛋白石结构光子晶体薄膜的制备 |
| 4.2.1.3 温敏型蛋白石结构光子晶体薄膜的表征 |
| 4.2.2 结果与讨论 |
| 4.2.2.1 温敏型光子晶体薄膜结构特征研究 |
| 4.2.2.2 温敏型蛋白石结构光子晶体薄膜特性研究 |
| 4.2.2.3 温敏型蛋白石结构光子晶体薄膜光学性能研究 |
| 4.3 近红外光实时响应型光子晶体薄膜的构建及其特性的研究 |
| 4.3.1 实验部分 |
| 4.3.1.1 实验药品及主要仪器 |
| 4.3.1.2 近红外光实时响应型光子晶体防伪标签的制备及表征 |
| 4.3.1.3 近红外光实时响应型多色光子晶体柔性薄膜的制备 |
| 4.3.2 结果与讨论 |
| 4.3.2.1 近红外光实时响应型光子晶体薄膜的界面及力学性能研究 |
| 4.3.2.2 近红外光实时响应型光子晶体用于柔性防伪标签的研究 |
| 4.3.2.3 近红外光非接触式多色光子晶体柔性薄膜的实时显示特性研究 |
| 4.4 小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 研究成果及发表的学术论文 |
| 作者和导师简介 |
| 博士研究生学位论文答辩委员会决议书 |
（7）二维非对称结构对磁振子晶体第一布里渊区的影响（论文提纲范文）
| 中文摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 自旋波的量子-磁振子晶体研究现状 |
| 1.3 用于数据处理的磁振子晶体应用及前景 |
| 1.4 本课题的研究内容及意义 |
| 第二章 二维非对称结构复式磁振子晶体模型及计算方法 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 模型及计算方法 |
| 2.3 本章小结 |
| 第三章 二维非对称结构对磁振子晶体布里渊区的影响 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 二维非对称结构磁振子晶体带隙结构及对比分析 |
| 3.3 非对称结构对第一布里渊区内频率分布影响及分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 结论与展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间作者科研情况 |
| 致谢 |
（8）由不同材料构成的光子晶体中的光子带隙和局域特性（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 光子晶体和双曲超构材料简介 |
| 1.2.1 光子晶体简介 |
| 1.2.2 双曲超构材料简介 |
| 1.3 离子辐照技术简介 |
| 1.4 仿真计算方法和实验测试设备简介 |
| 1.5 本文的主要工作 |
| 参考文献 |
| 第2章 离子辐照对光子晶体中的光子带隙和缺陷模的调制研究 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 离子辐照调制光子晶体中的光子带隙的理论和实验研究 |
| 2.3 离子辐照调制光子晶体中的缺陷模的理论和实验研究 |
| 2.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第3章 含双曲超构材料的光子晶体中的全向光子带隙 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 含双曲超构材料的光子晶体中的全向带隙的理论研究 |
| 3.3 含双曲超构材料的光子晶体中的全向带隙的实验研究 |
| 3.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第4章 总结与展望 |
| 4.1 总结 |
| 4.2 展望 |
| 致谢 |
| 个人简历 |
| 学位论文评阅及答辩情况表 |
（9）含超构材料的人工微纳结构对电磁波的调控研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 光子晶体简介 |
| 1.3 超构材料及研究进展 |
| 1.3.1 超构材料简介 |
| 1.3.2 双曲超构材料简介 |
| 1.3.3 双曲超构材料的研究进展 |
| 1.4 仿真计算方法和测试设备简介 |
| 1.5 本文的主要工作 |
| 参考文献 |
| 第2章 光子晶体和超构材料组成的光子异质结构中界面态的研究 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 含单负材料的光子异质结构中界面态的理论研究 |
| 2.2.1 构建电单负和磁单负的超构材料 |
| 2.2.2 构建磁单负和电单负特性的光子晶体 |
| 2.2.3 光子晶体和超构材料构成的光子异质结构 |
| 2.3 含单负材料的光子异质结构中界面态的实验研究 |
| 2.3.1 单负材料以及光子异质结构的电磁特性测量 |
| 2.3.2 光子晶体周期数对光子异质结构中的界面态的影响 |
| 2.3.3 入射角度对光子异质结构中的界面态的影响 |
| 2.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第3章 含双曲超构材料的光子晶体中的反常光子带隙和局域的理论研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 微波段金属微结构的介电常数模型 |
| 3.3 双曲超构材料和介质组成的一维光子晶体中的无色散光子带隙研究 |
| 3.3.1 微波双曲超构材料的构建 |
| 3.3.2 含双曲超构材料的一维光子晶体中的无色散光子带隙 |
| 3.4 双曲超构材料和介质组成的一维光子晶体中的反常红移光子带隙研究 |
| 3.5 含双曲超构材料的一维光子晶体的无色散缺陷模研究 |
| 3.6 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第4章 总结与展望 |
| 4.1 总结 |
| 4.2 展望 |
| 致谢 |
| 个人简历 |
| 学位论文评阅及答辩情况表 |
（10）声/光子晶体奇异特性拓扑优化（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 声/光子晶体奇异特性 |
| 1.2.1 声/光子晶体带隙特性 |
| 1.2.2 声子晶体单向传输 |
| 1.2.3 声/光子晶体类狄拉克锥 |
| 1.2.4 声/光拓扑绝缘体 |
| 1.3 声/光子晶体拓扑优化 |
| 1.3.1 光子晶体带隙特性拓扑优化 |
| 1.3.2 光学超材料与超结构拓扑优化 |
| 1.3.3 声子晶体带隙特性拓扑优化 |
| 1.3.4 声学超材料及功能器件拓扑优化 |
| 1.4 本文研究的主要内容 |
| 第2章 声/光子晶体能带计算方法及拓扑优化理论 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 声/光子晶体能带计算方法 |
| 2.2.1 光子晶体能带计算方法 |
| 2.2.2 针对声波的声子晶体能带结构计算方法 |
| 2.2.3 针对弹性波的声子晶体能带结构计算方法 |
| 2.3 拓扑优化方法 |
| 2.3.1 BESO方法基本理论 |
| 2.3.2 具有平滑边界的进化优化方法 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 声子晶体凋落波拓扑优化 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 声子晶体凋落波拓扑优化问题描述 |
| 3.2.1 声子晶体凋落波特性 |
| 3.2.2 拓扑优化问题描述 |
| 3.3 优化结果与讨论 |
| 3.3.1 面外模式 |
| 3.3.2 面内模式 |
| 3.3.3 混合面外与面内模式 |
| 3.3.4 多重带隙优化 |
| 3.4 本章小节 |
| 第4章 声子晶体单向传输拓扑优化设计 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 理论与方法 |
| 4.2.1 基于偏带隙的声学二级管原理 |
| 4.2.2 声子晶体偏带隙中凋落波分析 |
| 4.2.3 拓扑优化问题描述 |
| 4.2.4 数值实施 |
| 4.3 优化结果与讨论 |
| 4.3.1 基于C_(4v)对称性声子晶体的单向传输 |
| 4.3.2 基于无对称性声子晶体的单向传输 |
| 4.4 本章小节 |
| 第5章 光子晶体绝对带隙拓扑优化设计 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 光子晶体绝对带隙拓扑优化问题描述 |
| 5.2.1 光子晶体凋落波特性 |
| 5.2.2 拓扑优化问题描述 |
| 5.3 优化结果与讨论 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 光子晶体类狄拉克锥拓扑优化设计 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 理论与方法 |
| 6.2.1 光子晶体局部密度态描述 |
| 6.2.2 拓扑优化问题描述 |
| 6.2.3 类狄拉克锥拓扑优化 |
| 6.2.4 光子晶体在类狄拉克点处的奇异特性 |
| 6.2.5 扩展的类狄拉克锥优化 |
| 6.3 本章小节 |
| 第7章 光子拓扑绝缘体优化设计 |
| 7.1 引言 |
| 7.2 理论与方法 |
| 7.2.1 基于量子自旋霍尔效应的拓扑光子晶体基本原理 |
| 7.2.2 拓扑优化问题描述 |
| 7.3 本章小结 |
| 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 附录 A 攻读学位期间的研究成果 |
四、光子晶体——一种新型人工带隙材料（论文参考文献）
- [1]光子晶体平板波导设计及慢光特性研究[D]. 郝蕙莹. 大连理工大学, 2021(01)
- [2]1.3μm高速光子晶体面发射激光器与拓扑面发射激光器研究[D]. 李儒颂. 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所), 2021(08)
- [3]光子晶体单元对波导滤波器滤波特性的影响研究[D]. 张建宇. 云南师范大学, 2021(08)
- [4]基于界面效应调控的新型二维光电器件研究[D]. 谢柳. 中国科学技术大学, 2021(09)
- [5]二维及类二维光子晶体在狄拉克频率处的局域特性研究[D]. 胡磊. 合肥工业大学, 2021(02)
- [6]实时响应型光子晶体微球阵列的制备与外场调控[D]. 黄超. 北京化工大学, 2020(01)
- [7]二维非对称结构对磁振子晶体第一布里渊区的影响[D]. 王悦. 内蒙古师范大学, 2020(08)
- [8]由不同材料构成的光子晶体中的光子带隙和局域特性[D]. 周夏琛. 山东大学, 2020(12)
- [9]含超构材料的人工微纳结构对电磁波的调控研究[D]. 刁超. 山东大学, 2020(10)
- [10]声/光子晶体奇异特性拓扑优化[D]. 陈亚枫. 湖南大学, 2020(02)