电子在周期性排列的晶格中运动形成电子能带，电磁波在通过介质周期性 排列形成的光子晶体中的传播可用类似于电子在半导体中运动的能带结构来描 述，频率范围在光子能隙中的光不能在光子晶体中传播，而是被全部反射出去， 出现“光子禁带(photonic band-gap)”。由于光子晶体材料具有可以控制光子 行为的特性，近年来，它引起了人们的极大兴趣。 光子晶体，或叫做光子带隙材料(photonic band-gap materials)，也可 称为电磁晶体(electromagnetic crystals)。固体物理中的许多概念都可用在 光子晶体上，如倒格子、布里渊区、色散关系、Bloch函数、Van Hove奇点等。 光子晶体的基本特征是具有光子带隙，频率落在带隙中的电磁波是禁止传播的， 因为带隙中没有任何态存在，光子带隙的存在带来了许多新物理和新应用。光 子晶体的另一个重要特征是可以实现光子局域。一旦晶体中原有的对称性遭到 破坏，即有了缺陷，在光子晶体禁带中就有可能出现频宽极窄的缺陷态或局域 态。如在光子晶体中加入杂质，或者从光子晶体原包中移走一些材料，光子晶 体禁带中会出现品质因子非常高的杂质态，具有很高的态密度，这样可以增加 自发辐射。 本文第一章简要地回顾了光子晶体的材料特性、制备方法、光子晶体材料 的应用以及与同轴光子晶体相关的研究现状。 本文第二章我们利用传输线等效模型和布洛赫周期性边界条件模拟分析无 限长同轴准一维光子晶体具有的色散关系和有限长结构同轴光子晶体的传输特 性。在理论分析基础上，用实验测试了微波通过SMA同轴准一维光子晶体的S 参数曲线，研究了由有限单元个数构成的同轴准一维光子晶体的光子带隙结构。 实验测试结果和模拟计算结果都表明，同轴准一维光子晶体具有明显的光子带 隙结构。 本文第三章中我们在同轴准一维光子晶体中引入缺陷，比较掺杂前后光子带 隙的变化，探讨了光子晶体的结构参数、引入缺陷后的掺杂位置、杂质类型和 杂质数量等对光子带隙的影响。在研究离散型缺陷的基础上，我们将可变电容 作为缺陷引入准一维光子晶体，调节加载在可变电容两端的反向电压，在光子 晶体禁带中出现了一个可调的缺陷峰，实现了可调谐的光子晶体微腔。在实验 测试的同时，我们也进行了数值模拟，结果表明，在光子晶体中存在可调谐的 局域模，为可调谐滤波器的研制提供了有效依据。 本文第四章我们研究了同轴准一维光子晶体中光子带隙区域和光子晶体缺 陷态附近的电磁波群速度。在有限长准一维光子晶体的光子带隙频率，通过测 试带隙区域的相位变化，讨论了带隙附近的群速度超光速现象；在光子晶体中 引入缺陷后，在缺陷态频率附近，缺陷的色散导致了群速度的降低，出现了“慢 波”现象。在实验研究的基础上，也利用传输线等效模型和传输矩阵模拟分析 了超光速现象和“慢波”现象。 关键词：光子晶体 同轴 能带结构 群速度 缺陷模式