准晶光子晶体缺陷模及耦合特性的研究

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光子晶体是一种由不同介电常数的材料在空间上周期性排列而形成的结构,具有光子禁带和光子局域特性。和周期性结构相比,准周期光子晶体具有有旋转对称性,能支持丰富的缺陷模,易于在低折射率对比度下获得光子禁带等优良特性,这为实现高性能光子晶体激光器以及光电器件奠定了物理基础。多个激光器的激光合束是提高激光器输出功率的有效方法,在光子晶体有限尺寸内设计多个缺陷支持相同的光场模式,是提高光子晶体激光器等发光器件输出功率的关键。本论文以硅柱准晶光子晶体为研究对象,分析了八重、十重、十二重结构中的缺陷模及其耦合特性。在准晶光子晶体中引入缺陷,使缺陷所支持的局域模之间发生耦合形成新的缺陷模,并在此基础上研究了缺陷模的激发与结构对称性之间的关系。研究结果表明,虽然位于准晶光子晶体对称点的散射体组是等价的,但由于不同散射体组相对于光源的位置不同,因此在不同对称点组位置的缺陷所支持的缺陷模也不同。当入射的电磁波的对称性和缺陷模对称性一致时,缺陷模被激发;否则,缺陷模不能被激发。在缺陷模耦合机理的基础上,本文进一步通过改变缺陷周围散射体的尺寸及位置,在十二重准晶光子晶体中实现了局域性良好的低阶局域模。研究结果表明,在准晶光子晶体中可以实现在多个缺陷共存时,低阶模的波长虽然小幅改变,但缺陷模式不受影响,且每个缺陷支持的缺陷模完全相同,这为准晶光子晶体激光器的集成合束奠定了理论基础。
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