光子晶体是近年来出现的一种新的光学材料。它以光子禁带的存在为主要特征,是由不同折射率的介质周期性排列而成的人工结构,具有能够抑制自发辐射和控制光传输等特性,在光通讯、微波通讯、集成光学等领域有重要的应用前景。一维光子晶体结构简单、易于制备,同时具备二维、三维光子晶体的性质,极有可能成为全光通信领域中的关键材料,因此具有重要的理论意义和广泛的应用价值。 本论文的主要内容如下: 1.第一章系统地阐述了光子晶体产生的历史背景、物理基础及其主要特征。对光子晶体的应用、制备方法和理论研究方法做了分析比较。 2.第二章从麦克斯韦方程出发,推导了光在光子晶体中传播的基本微分方程和一维光学传输矩阵理论。该理论计算量小,精确度高,可以用来计算光子晶体的能带特性。 3.第三章讨论了无序对一维光子能带的影响。 (a) 引入结构参数a,深入研究了具有无序结构的一维二元光子晶体的能带特性。研究发现,无序结构有效拓宽了光子带隙,与均匀结构相比,拓宽率达到200%以上;无序一维光子晶体表现出从可见到红外很宽区域的高反射特性。文中还计算和分析了入射角和无序度D对一维二元光子晶体带隙的影响。随着入射角的增大,带隙的相对宽度减小,但在小于等于π/3的范围内,带隙的相对宽度始终维持在62.5%以上。随着无序度D的增大,带隙变得越来越宽;但当D大于4.63%时,宽带区域中出现了缺陷模式;当D取3.66%时,得到最好的高反射区域。 (b) 引入结构参数a、b,首次研究了无序一维三元光子晶体的能带特性。研究发现,无序结构光子晶体与周期结构光子晶体相比其带隙显著加宽。无序的介质层数取得越多,得到的禁带越宽。文中还计算和讨论了无序度和高低折射率之差值对光子晶体带隙的影响。随着入射角的增大,带隙的相对宽