【正文】 寧波理工學院畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告（含文獻綜述、外文翻譯）題 目 簡單光子晶體的特性研究 姓 名 汪 浩 　 學 號 3070431079 　　 專業(yè)班級 07通信工程3班 　　 指導教師 王 卓 遠 　　 分 院 信息科學與工程分院 　　 開題日期 2011年 3 月 15 日 第1章 文獻綜述內(nèi)容簡單光子晶體的傳輸特性研究 前言“光子晶體的概念是1987年S．John和E．Yabloncvitch分別提出來的[1,2]。而在當今世界，科學家們在不斷研究電子控制的同時發(fā)現(xiàn)由于電子的特性，半導體器件的集成快到了極限，而光子有著電子所沒有的優(yōu)越特性：傳輸速度快，沒有相互作用。所以科學家們希望能得到新的材料，可以像控制半導體中的電子一樣得自由的控制光子。與此同時隨著科學技術(shù)的發(fā)展特別是制造工藝技術(shù)的發(fā)展，使得光子晶體的制造不僅變得可能，還得到了長足的進步，在可見光及紅外波段可以制成具有所需能帶結(jié)構(gòu)的光子晶體，實現(xiàn)對光的控制。因此近年來光子晶體得到深入廣泛的研究與應(yīng)用。 國內(nèi)外現(xiàn)狀與展望 國外由于光子晶體的特性，在光子晶體剛提出時，就引起了廣泛的關(guān)注。在國外很多國家都在研究。最早提出光子晶體概念的美國，有高等院校、研究所、國家實驗中心等許多研究機構(gòu)在開展這一研究工作，不少研究項目是在軍方的資助下進行的。由于研究時間長、范圍廣，在各方面取得的成果也是最多的。自1987年光子晶體概念的提出至90年代初期，這期間的研究主要是集中在光子晶體禁帶的理論計算和微波波段光子晶體的實驗研究方面。之后，有關(guān)紅外波段、可見光波段、微納米尺寸光子晶體的研究逐步開展起來，并在制作和加工方面取得了一定的突破，為光子晶體應(yīng)用于各種光學器件及計算機領(lǐng)域奠定了基礎(chǔ)[3]。1997年麻省理工學院的ShanHuiFan 等提出的二維光子晶體薄膜技術(shù)． 將集成電路革命拓展到超寬帶光信號領(lǐng)域． 可進一步推進光電子學的超小型化。利用這種技術(shù)，加州理工學院的AxelSeherer 實驗室制作了體積僅為的激光器[4]。1999年，Painter 等在二維光子晶體中引入點缺陷， 實現(xiàn)了光子晶體激光器[5]。在激光器中加入帶缺陷的光子晶體，幾乎可以完全避免自發(fā)輻射造成的損耗． 大大地降低激光器的閾值。目前光子晶體激光器的閾值已經(jīng)降到了 ，而研制零閾值激光器則是科學家的目標。[5]最近，光子晶體在通信方面的研究也越來越多。其中光子晶體應(yīng)用研究中最引人注目的是關(guān)于光子晶體光纖的研究。光子晶體光纖是二維光子晶體的典型代表。利用光子局域特性． 在二維光子晶體中引入一個缺陷作為光纖核心． 可將光限制在光纖核心中。1992年，英國Bath 大學的Rusell 等首次提出了光子晶體光纖概念1996年，Russel和同事Knight 等人采用堆拉法制造出世界上第一根固體纖芯的光子晶體光纖。然而，實驗發(fā)現(xiàn)這第一根光子晶體光纖并沒有期望的光子帶隙效應(yīng)。實現(xiàn)光傳輸?shù)脑砣詾槿珒?nèi)反射。盡管這樣。這種光子晶體光纖仍表現(xiàn)出極為不同的性能。如果將其纖芯尺寸做得足夠小，這類光纖將表現(xiàn)出非常明顯的非線性特征． 具有重要價值。1999年Cregan 在Knight 等人工作的基礎(chǔ)上， 制造出空氣纖芯的光子晶體光纖， 即光子帶隙光纖。這是真正意義上的光子晶體光纖。此類光纖中的光被限制在空氣中傳播。因而具有低損耗、低色散、低非線性效應(yīng)等特點，其應(yīng)用前景十分誘人。光子晶體光纖有許多獨特的特性：無休止的單模傳輸特性、可控的非線性特性、優(yōu)異的色散特性以及雙折射特性等等：同時通過光纖物理結(jié)構(gòu)或光纖材料的改變． 可以實現(xiàn)光纖的某一特性的改變或者實現(xiàn)某些特性的特定組合。因而光子晶體光纖在能量傳輸、光纖通信、光纖激光器、光纖傳感及超連續(xù)譜的產(chǎn)生等方面得以廣泛應(yīng)用． 并對有關(guān)的理論和技術(shù)產(chǎn)生了重要的影響。2001年，英國Bath大學Wadsworth等人實現(xiàn)了雙包層光子晶體光纖結(jié)構(gòu)。實驗中發(fā)現(xiàn)，雙包層光子晶體光纖存在隨機散射中心，說明纖芯中存在著缺陷，有待進一步完善光子晶體光纖的結(jié)構(gòu)。2002年，日本Norihiko等人以鎖模摻Er3+光纖激光器為泵浦源， ，脈寬為55fs。2003年1月，Wadsworth等人報導了利用大模面積空氣包層PCF研制的高功率PCF 激光器， 2004年初，Blaze曾發(fā)布了一款新型PCF，該光纖是針對Nd3+微芯片激光器特別優(yōu)化設(shè)計的，可產(chǎn)生超連續(xù)光譜，這種光譜可在單模光纖中產(chǎn)生一個寬帶輸出，光譜亮度超過太陽10000倍。Blaze表示利用微芯片激光器和PCF可獲得高性能光源，將會取代Lamp和超高亮度LED等傳統(tǒng)的寬帶光源。2005年，、重復頻率40GHz的光脈沖注入到200m長的色散平坦保偏PCF中，在1550nm區(qū)域產(chǎn)生了超過40nm的均勻超連續(xù)譜，而美國Rochester大學Z. M. Zhu等人利用丹麥Crystal Fiber A公司低雙折射、高非線性PCF獲得600～1000nm的超連續(xù)譜。 國內(nèi)我國自90年代中期以來，也有一些初步的研究工作。十多年來，在光子晶體的相關(guān)理論與實驗研究方面均已取得了不少進展。然而，由于我國對光子晶體的研究起步比較晚，目前研究還主要集中在光子晶體帶隙特性的理論分析和計算上。國內(nèi)對光子晶體的研究，起初主要局限于從事凝聚態(tài)物理研究的幾所高校，如南京大學、復旦大學、浙江大學等。由于這些單位長期從事固態(tài)結(jié)構(gòu)的研究，所以得到的信息也早，不過，他們主要的研究工作也僅僅局限于光子晶體帶隙特性的理論分析和計算上。近幾年，我國對光子晶體的研究已經(jīng)開始逐步向?qū)嶒烌炞C和實際應(yīng)用的方向靠攏，并且逐漸升溫。隨著國外在光子晶體方面研究工作的迅速升溫，這在國內(nèi)也引起了強烈的反應(yīng)。在這一方面，獲得國家自然科學基金資助的研究項目逐漸增多，所資助的領(lǐng)域涉及光子晶體的理論研究、制備和應(yīng)用等多個方向。浙江大學的光與電磁波研究中心在何賽靈教授的帶領(lǐng)下，對光子晶體密集波分/復用器以及新型天線進行了研究，取得了相當豐富的成果[6，7]。國防科技大學也展開了光子晶體光學器件、微波電路和微帶天線等方面的研究。中國科學院物理研究所顧本源研究員及其領(lǐng)導的小組，在光子晶體帶隙研究方面也取得富有創(chuàng)意的結(jié)果。曾先后在Physical Review Leaers，PRB，Eur．Phys．J ．B，JAP等國際重要物理學雜志上發(fā)表了多篇論文，研究成果處于國際先進水平。復旦大學應(yīng)用表面物理國家重點實驗室資劍教授，提出了光子帶隙材料異質(zhì)結(jié)構(gòu)和量子陷阱結(jié)構(gòu)以及可以用二維光子帶隙材料來制作的偏振器等。他們開展了光子帶隙材料在國防科技上的應(yīng)用，從理論上證明了光子帶隙材料制作紅外隱身材料的可行性等[8]。清華大學和北京大學聯(lián)合教育部量子信息與量子光學與原子光學課題組是國內(nèi)較早進行光子晶體研究的單位之一。他們提出了各向異性光子晶體中光子多重能隙的概念，發(fā)展了處理非線性光子晶體中的數(shù)值方法。在光子晶體中原子輻射性質(zhì)的研究中，提出了求本征解束縛態(tài)的方法，討論了原子、原子鏈的自發(fā)