毕业设计（论文）开题报告
（含文献综述、外文翻译）
学习成效
题 目 简单光子晶体的特性研究
姓 名 汪 浩
学 号 3070431079
专业班级 07通信工程3班
指导教师 王 卓 远
分 院 信息科学与工程分院
开题日期 2011年 3 月 15 日
宁波理工学院
第1章文献综述
简单光子晶体的传输特性研究
1.1 前言
“光子晶体"的概念是1987年S．John和E．Y abloncvitch分别提出来的[1,2]。而在当今世界，科学家们
在不断研究电子控制的同时发现由于电子的特性，半导体器件的集成快到了极限，而光子有着电子所没有的优越特性：传输速度快，没有相互作用。所以科学家们希望能得到新的材料，可以像控制半导体中的电子一样，自由地控制光子。与此同时随着科学技术的发展特别是制造工艺技术的发展，使得光子晶体的制造不仅变得可能，还得到了长足的进步，在可见光及红外波段可以制成具有所需能带结构的光子晶体，实现对光的控制。因此近年来光子晶体得到深入广泛的研究与应用。
1.2 国内外现状与展望
1.2.1 国外
由于光子晶体的特性，在光子晶体刚提出时，就引起了广泛的关注。在国外很多国家都在研究。最早提出光子晶体概念的美国，有高等院校、研究所、国家实验中心等许多研究机构在开展这一研究工作，不少研究项目是在军方的资助下进行的。由于研究时间长、范围广，在各方面取得的成果也是最多的。自1987年光子晶体概念的提出至90年代初期，这期间的研究主要是集中在光子晶体禁带的理论计算和微波波段光子晶体的实验研究方面。之后，有关红外波段、可见光波段、微纳米尺寸光子晶体的研究逐步开展起来，并在制作和加工方面取得了一定的突破，为光子晶体应用于各种光学器件及计算机领域奠定了基础[3]。
春训心得体会范文1997年麻省理工学院的Shan Hui Fan 等提出的二维光子晶体薄膜技术．将集成电路革命拓展到超宽
带光信号领域．可进一步推进光电子学的超小型化。利用这种技术，加州理工学院的Axel Seherer 实验室制作了体积仅为3
的激
.0m
03
光器[4]。
1999年，Painter 等在二维光子晶体中引入点缺陷，实现了光子晶体激光器。
在激光器中加入带缺陷的光子晶体，几乎可以完全避免自发辐射造成的损耗。大大地降低激光器的阈值。目前光子晶体激光器的阈值已经降到了A
50，而研制零阈值激光器则是科学家的目标。[5]
鲍鱼吃法最近，光子晶体在通信方面的研究也越来越多。其中光子晶体应用研究中最引人注目的是关于光子晶体光纤的研究。光子晶体光纤是二维光子晶体的典型代表。利用光子局域特性。在二维光子晶体中引入一个缺陷作为光纤核心。可将光限制在光纤核心中。
1992年，英国Bath 大学的Rull 等首次提出了光子晶体光纤概念。狗智商排名
1996年，Rusll和同事Knight 等人采用堆拉法制造出世界上第一根固体纤芯的光子晶体光纤。然而，实验发现这第一根光子晶体光纤并没有期望的光子带隙效应。实现光传输的原理仍为全内反射。尽管这样，这种光子晶体光纤仍表现出极为不同的性能。如果将其纤芯尺寸做得足够小，这类光纤将表现出非常明显的非线性特征，具有重要价值。
1999年Cregan 在Knight 等人工作的基础上，制造出空气纤芯的光子晶体光纤，即光子带隙光纤，这是真正意义上的光子晶体光纤。此类光纤中的光被限制在空气中传播。因而具有低损耗、低色散、低非线性效应等特点，其应用前景十分诱人。光子晶体光纤有许多独特的特性：无休止的单模传输特性、可控的非线性特性、优异的色散特性以及双折射特性等等：同时通过光纤物理结构或光纤材料的改变．可以实现光纤的某一特性的改变或者实现某些特性的特定组合。因而光子晶体光纤在能量传输、光纤通信、光纤激光器、光纤传感及超连续谱的产生等方面得以广泛应用。并对有关的理论和技术产生了重要的影响。
2001年，英国Bath大学Wadsworth等人实现了双包层光子晶体光纤结构。实验中发现，双包层光子晶体光纤存在随机散射中心，说明纤芯中存在着缺陷，有待进一步完善光子晶体光纤的结构。
2002年，日本Norihiko等人以锁模掺Er3+光纤激光器为泵浦源，得到波长调谐范围为0.78- 0.90μm的
孤子脉冲，脉宽为55fs，所用PCF芯径为1.7μm，零色散波长大约在0.69μm处。
2003年1月，Wadsworth等人报导了利用大面积空气包层PCF研制的高功率PCF 激光器。
2004年初，Blaze曾发布了一款新型PCF，该光纤是针对Nd3+微芯片激光器特别优化设计的，可产生超连续光谱，这种光谱可在单模光纤中产生一个宽带输出，光谱亮度超过太阳10000倍。Blaze表示利用微芯片激光器和PCF可获得高性能光源，将会取代Lamp和超高亮度LED等传统的宽带光源。
2005年，英国Bath大学A.Ortigosa和Blanch等人用200fs的泵浦脉冲在PCF 中产生了超连续谱，日本电报电话公司T.Y amamoto等人用波长1562nm、脉宽2.2ps、重复频率40GHz的光脉冲注入到200m长的色散平坦的PCF中，在1550nm 区域产生了超过40nm的均匀超连续谱，而美国Rochester大学Z. M. Zhu等人利用丹麦Crystal Fiber A公司低双折射、高非线性PCF获得600～1000nm的超连续谱。[6]
1.2.2 国内
我国自90年代中期以来，也有一些初步的研究工作。十多年来，在光子晶体的相关理论与实验研究方面均已取得了不少进展。然而，由于我国对光子晶体的研究起步比较晚，目前研究还主要集中在光子晶体带隙特性的理论分析和计算上。国内对光子晶体的研究，起初主要局限于从事凝聚态物理研究的几所高校，如南京大学、复旦大学、浙江大学等。由于这些单位长期从事固态结构的研究，所以得到的信息也早，不过，他们主要的研究工作也仅仅局限于光子晶体带隙特性的理论分析和计算上。
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近几年，我国对光子晶体的研究已经开始逐步向实验验证和实际应用的方向靠拢，并且逐渐升温。随着国外在光子晶体方面研究工作的迅速升温，这在国内也引起了强烈的反应。
在这一方面，获得国家自然科学基金资助的研究项目逐渐增多，所资助的领域涉及光子晶体的理论研究、制备和应用等多个方向。浙江大学的光与电磁波研究中心在何赛灵教授的带领下，对光子晶体密集波分/复用器以及新型天线进行了研究，取得了相当丰富的成果[7,8]。国防科技大学也展开了光子晶体光学器件、微波电路和微带天线等方面的研究。中国科学院物理研究所顾本源研究员及其领导的小组，在光子晶体带隙研究方面也取得富有创意的结果。曾先后在Physical Review Leaers，PRB，Eur．Phys．J ．B，JAP等国际重要物理学杂志上发表了多篇论文，研究成果处于国际先进水平。复旦大学应用表面物理国家重点实验室
剑教授，提出了光子带隙材料异质结构和量子陷阱结构以及可以用二维光子带隙材料来制作的偏振器等。他们开展了光子带隙材料在国防科技上的应用，从理论上证明了光子带隙材料制作红外隐身材料的可行性等[9]。清华大学和北京大学联合教育部量子信息与量子光学与原子光学课题组是国内较早进行光子晶体研究的单位之一。他们提出了各向异性光子晶体中光子多重能隙的概念，发展了处理非线性光子晶体中的数值方法。在光子晶体中原子辐射性质的研究中，提出了求本征解束缚态的方法，讨论了原子、原子链的自发辐射以及受激辐射等链子光学问题[10]。上海交通大学、同济大学、东南大学、中国科技大学、南京邮电大学、山东大学等高校以及上海光机所、上海微系统所、长春光机所、
长春物理研究所等其他一些研究单位，都在光子晶体研究方面取得了令人瞩目的成果。
然而，相对于国外的研究情况而言，由于国内对光子晶体开展研究的起步晚，投入力度也较小，目前取得的一些成果也仅仅限于基础研究方面，与国外相比还存在较大的差距。白鞋怎么刷才能白
2004年，清华大学研究人员理论上计算了PCF的色散值，所选择PCF结构参数为：空气孔间距为0.8μm，空气孔直径与空气孔间距之比是0.835。计算得到在1.55μm PCF的色散值可以达到-2050)
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光纤（17)
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从而大大缩短了色散补偿光纤的长度。PCF的色散补偿作用在高速率、大容量、远距离的WDM系统中将会具有极大的应用价值[6]
从国内外现状分析光子晶体是一门正在蓬勃发展的、很有前途的新学科，它吸引了包括经典电磁学、固体能带论、半导体器件物理、量子光学、纳米结构和材料科学等领域的科学家，论文数目呈指数增长。光子晶体从八十年代末提出发展至今，取得很大的成就。如今，人们对波受到周期性调制的研究已超越光子晶体。声波、等离子体波、磁子波等受到周期调制后出现带隙等新现象。其它的波，如极化子、自旋波、水波等都值得研究，会出现新物理现象，有可能发现新的应用。基于光子晶体器件的研究是一个具有重要应用前景的研究课题。
1.3 面临问题
在光子晶体的研究主要根据其于电子运动的规律相似这一点，我们借用的理论很多都是固体物理学中的概念和方法来讨论光子晶体的运动规律。但有一点必
