一、Effect of Dielectric Constant Contrast and Filling Factor to Photonic Bandgap（论文文献综述）
李龙飞[1]（2021）在《二维光子晶体谐振腔的传输特性研究与应用》文中认为当今社会处于大数据、云计算的时代,随着人们对信息需求的急剧增长,这就要求通信网络和通信器件具有更好的传输率和更快的处理速度。然而,传统的通信器件均是利用半导体材料来控制载流子运输,光子晶体能无损进行光子传输,且单粒子的光子具有相互间无库伦作用的优势。以此设计的光通信器件和集成器件具有良好的研究价值。本文主要围绕光子晶体谐振腔结构进行分析,采用两种典型的方法进行仿真,其中平面波展开法用于分析光子晶体带隙分布,时域有限差分法用于分析谐振腔结构参数与传输速率之间的关系。在对光子晶体谐振腔结构进行优化后,基于耦合模原理,设计了一种共振单元结构,构成了六通道光子晶体波分复用器;基于线性干涉效应,设计了一种在三角晶格中的六边形谐振腔结构,构成了光子晶体全光逻辑非门。具体如下:（1）光子晶体带隙分布和谐振腔传输特性分析与研究。首先,利用平面波展开法对影响光子晶体带隙分布的因素进行仿真分析,之后,建立最基本的微腔与环形腔结构,分析谐振腔结构和参数变化对传输效率的影响时,发现不改变环形谐振腔整体的大小前提下,减小中心介质柱晶格常数,输出的透射峰将向着波长增大的方向移动等重要的变化规律,为后续光子晶体集成通信器件的研究提供了指导。（2）光子晶体波分复用器的设计与研究。通过将微腔与环形腔结合构成新的耦合谐振单元,对其介质柱半径等结构参数进行仿真分析及优化,设计了集成度和传输率均高、串扰低的六通道光子晶体波分复用器,使用时域有限差分法分析得到了该器件的传输特性曲线及场分布。通过改变输出端边缘介质柱半径进一步提高传输率,在输出波导一侧构建反射腔结构,减小通道串扰。（3）光子晶体全光逻辑非门的设计与研究。基于线性干涉效应,在三角晶格光子晶体中设计了六边形谐振腔结构,使得在谐振腔中传输的光波发生相长干涉或相消干涉,从而实现响应速度快、对比度较高的全光逻辑非门的功能,对其进行仿真分析得到对比度、响应时间等具体参数。
朱学艺[2]（2020）在《非厄米光学器件中新奇效应的研究》文中研究表明近年来,非厄米性质的研究引起了人们广泛的关注。时空对称性（Parity-Time Symmetry,PT）的研究揭示了非厄米哈密顿量的重要性,其不仅能够描述开放系统、增益损耗系统,更能够产生实数本征值,从而对应可观测的物理量。非厄米性质的研究极大拓展了人们的研究范围,提升了人们对非厄米系统的认识。电子系统的非厄米特性在真实实验系统中难以随心所欲地调控,而光学系统则由于其易调控、杂质少、易制备、易表征的优势,渐渐成为能够类比电子系统的优异实验平台。光子晶体的能带结构则能直接与电子材料的能带结构相互类比和启发。此外,光学系统的非厄米研究为人们提供了新的研究思路,拓展了人们对光学增益/损耗的认识。通过调节增益损耗的大小和空间分布,非厄米势能调制为系统提供了一个额外的自由度,能够对系统的本征值、能带结构进行调控。而非厄米自由度也能够带来新颖的光学现象和更强大的光学调控能力。非厄米研究与很多光学器件和光学体系都能够完美兼容,如光波导、光子晶体、光学谐振腔和光学超晶格等。这使得光学系统和非厄米研究能够相互促进,相得益彰。本论文主要聚焦于光学非厄米研究领域。将光学非厄米势能调制与传统光学器件相结合,探究由此引发的新现象和新效应。具体工作内容如下:1.设计了一种时空对称光栅。这种光栅由硅波导和银涂覆的二氧化硅波导交替组合而成,同时具有实部和虚部的光学调制。通过精确设计光栅的结构、尺寸等参数,我们在1550nm处成功构造出非对称的衍射级。此外,这种非对称的衍射效应是偏振依赖的,仅对TM偏振的模式产生响应。我们研究了硅波导和二氧化硅/银复合波导之间的距离对奇异点和非对称衍射之间的影响,表明了系统非对称衍射的根本原因在于损耗介质和结构设计共同作用下的结构非对称性。此外,我们还探究了不同入射角、不同增益损耗系数变化下,光栅非对称衍射的变化情况。2.设计了一种基于非厄米光学系统时空对称奇异点的光学多层膜结构。在近红外波段,通过带隙较小的III-V族半导体引入光学损耗。通过粒子群优化算法寻找损耗层的厚度和分布的最优解,使得此多层膜结构在1550nm的通讯波段展现出不对称的反射率,即多层膜的正向反射率和反向反射率具有较大差异。更重要的是,反射率较小的一侧在精确调控下,能够理论上达到反射率为0。在此结构下,通过外加光源入射到此结构中,利用半导体材料的光电效应所产生的光生载流子,能够引起半导体材料自身折射率发生变化。通过测量两侧反射率之间对比度的变化,实现外加光源探测。3.基于耦合共振光波导结构,设计了一种二维蜂窝点阵光子晶体。六角晶格和kagome晶格的复合使得光子晶体布里渊区不同高对称点处同时出现二重简并和三重简并的狄拉克点。复式晶格的特殊设计使得结构中产生破坏性干涉现象,从而导致在通讯波段中出现横跨布里渊区的平带色散。耦合共振光波导中的顺时针旋转模式和逆时针旋转模式在波导中的单向耦合能够形成人工规范场,从而实现赝自旋轨道耦合,能够使得狄拉克点简并打开并在平带和相邻能带间形成无能隙的边界态。我们基于这种拓扑边界态设计并模拟验证了形状不规则拓扑微腔、分束器这两个具有真实应用价值的器件。4.设计了一种基于光学耦合共振光波导的一维Su-Schrieffer-Heeger模型。我们利用耦合共振光波导所特有的单向耦合特性,将其与非厄米调制相结合,成功实现了左右非对称的耦合。当取开放边界和周期性边界条件时,奇异点的位置发生变化,从而产生特殊的体边对应关系。系统体态展现非厄米趋肤效应,即体态场分布局域在边界处。我们构建了紧束缚哈密顿模型并分别计算其在开放边界条件和周期边界条件下的相变点位置,并通过有限元模拟得到了光学结构的投影能带数据。
谢淑玲[3]（2020）在《基于自准直效应的光子晶体Gires-Tournois滤波器》文中提出自从1987年Yablonvitch和John各自提出光子晶体概念以来,由于其具有光子带隙、负折射、光子局域、自准直等特殊的光学特性,可以满足人们的研究需求,而成为研究热点。基于光子晶体所设计的光子器件具有结构小、材料简单、损耗低、带宽高等特点,广泛的应用于光通信、光子集成领域中。本论文研究内容所用数值模拟计算所用到的软件是麻省理工学院开发的免费半开源软件包MPB和MEEP。MPB中的计算方法——平面波展开法（PWE）用来计算光子晶体的色散关系、光子带隙以及光子频率自准直等频图,用来研究光子透射关系以及对应的场图分布的方法即基于MEEP的时域有限差分法（FDTD）。围绕光子晶体中特异的色散现象,提出了基于自准直效应的干涉滤波器并分析了相关的性质。主要研究的内容及成果如下:1、在光子晶体中,将Michelson干涉滤波器其中的一个全反射器用一个非对称法布里珀罗腔替换设计成Gires-Tournois滤波器。Gires-Tournois滤波器由分束器、反射镜、非对称法布里珀罗腔组成。基于晶体自准直效应,数值计算研究了GiresTournois滤波器的滤波特性。2、利用MPB软件计算出用于设计滤波器的二维光子晶体自准直频率范围,并设计了对应晶体材料自准直光束范围内实现1:1分光的分束器,部分反射镜和全反射镜。3、所设计滤波器的分束器是通过扩大或缩小完美光子晶体的半径,或者是加入空气沟。其部分反射镜的原理是利用两排/两列的线缺陷或者是空气沟来完成;全反射镜的设计主要是利用光子禁带性质来设计相应的光子晶体带隙包含所设计结构的自准直频率范围。4、设计了基于二维光子晶体的介质圆柱和空气圆孔两种类型的Gires-Tournois滤波器,当Gires-Tournois滤波器的两臂长差值为0.5d时（d为非对称法布里珀罗腔的腔距）,在Gires-Tournois滤波器的下输出端口可以实现类似矩形波的透射谱。通过大量的研究找到分别适合TE偏振模式第一能带和TM偏振模式第一能带的晶体结构以及TE偏振模式第二能带和TM偏振模式第二能带的晶体结构,并分别对相应的Gires-Tournois滤波器进行详细的介绍。5、研究了非对称法布里珀罗腔腔距d与自准直频率范围内透射谱周期数目的关系。研究发现随着非对称法布里珀罗腔腔距d的增加,在自准直频率范围内透射谱的周期数目增加情况。此干涉滤波器可以通过改变非对称法布里珀罗腔的腔距和滤波器主臂长来调整输出波形的带宽大小这使得我们所设计的新型光子滤波器可以灵活的运用在高度光通信集成当中。本文的研究工作在自准直效应的基础上创新性的提出了晶体Gires-Tournois滤波器。这项研究工作不仅体现了Gires-Tournois滤波器的简易结构易于实现,也展现了光子晶体在控制光子行为时的独特优势。系统的研究了TE偏振模式的第一能带和第二能带的Gires-Tournois滤波器;TM偏振模式的第一能带和第二能带的GiresTournois滤波器。利用光子晶体自准直效应,光子束可以在微米量级的结构中无展宽无衍射传输,我们设计的Gires-Tournois滤波器结构就仅有几十微米,有望应用在高度集成的光子器件当中。
傅茜茜[4]（2020）在《响应型胶体光子晶体薄膜的制备与应用》文中进行了进一步梳理响应型光子晶体是一种动态调谐电磁波传播的智能响应材料,它能够将外界刺激转化为光学信号和结构色的变化,因而在绿色印刷、传感器、防伪材料、太阳能电池与光催化等方面具有广阔的应用前景。随着材料技术的进步及实际需求的改变,人们对响应型光子晶体材料提出了更高的要求。人们迫切期望发展规模化、高效制备高质量光子晶体材料的合成方法,结合各种功能材料拓展响应型光子晶体的类型,加深光子晶体响应原理的理解,提高响应型光子晶体的灵敏度、响应速率与重现性,并实现光子晶体材料元器件的微型化,使其应用于节能显示器等领域。通常,构筑响应型光子晶体主要有两种策略,其一是将响应型基质填充在胶体晶阵列中得到复合的响应型材料,其二是直接制备响应型组装基元并进一步组装得到功能性的光子晶体。研究表明将具有特色功能的胶粒作为组装基元制备光子晶体,能够充分发挥胶粒本身的性能,进一步提升材料的响应性能,并有望拓展响应型光子晶体的应用。本论文采用以点带面的方式,着重发展具有高折射率、介孔结构或空心结构的若干新型结构基元,并以它们为基础构建了多种液态或固态响应型光子晶体薄膜,探索响应型光子晶体在可视化薄层色谱、结构色显示器件、化学传感器等领域的新应用,具体内容如下:在第二章中,我们采用多醇法大规模合成了尺寸均一可调的CeO2胶体颗粒,并采用原位反应合成出CeO2@SiO2胶粒,进而组装形成液态胶体晶。与传统组装基元SiO2胶粒、高分子胶粒相比,CeO2@SiO2胶粒具有更高的折射率,使得胶体晶薄膜拥有高饱和度的结构色;同时它还拥有丰富的表面电荷和较高的极化率,因而使液态胶体晶展现出更快的电响应速率、更高的电场稳定性及循环性。与已经报道的电响应光子晶体相比,这种CeO2@SiO2液态胶体晶的相干周期数很小,显示饱和结构色所需的有序周期数也小,在强电场作用下具有更强的抗褪色能力,解决了“电致褪色”的问题。利用上述液态胶体晶制备显示单元阵列,即可在电场调控下实现图案的控制显示。在第三章中,我们采用介孔二氧化硅胶粒为组装基元,构筑具有多级孔结构的固态光子晶体薄膜,并首次将其应用于薄层色谱,从而发展出一种兼具高效分离和可视化检出的薄层色谱新技术。该光子晶体薄膜包含了微米级的裂缝以及纳米胶粒内部的介孔,有效促进展开剂的扩散以及与待分析物的吸脱附作用,提高物质的分离效率。另一方面,由于化学物质渗入光子晶体薄膜后会改变样品所在区域的综合折射率和结构色,从而使其与非样品区域产生明显的色差,实现样品的可视化检出。与传统薄层色谱技术相比,这种新技术采用结构色识别样品,不再需要紫外辐照或者染色等辅助手段,提高了薄层色谱的易用性和安全性。在第四章中,为了进一步提高光子晶体薄层色谱的分离效率,我们制备出金属有机框架材料复合的二氧化硅胶体晶体薄膜,发展高效薄层色谱,并成功实现结构相似物质的分离。我们选择传统薄层色谱无法分离的两种甲酚异构体混合物作为研究对象,采用MIL-100/PC薄膜作为色谱板进行展开。研究表明,MIL-100/PC薄膜具有高比表面积以及与甲酚分子匹配的孔窗结构,所以对待分离物质展现出更高的选择因子;有效补偿了薄层色谱塔板数普遍较小导致的低分离效率,使得基于MOF复合光子晶体的薄层色谱能够在2厘米的展开距离内实现甲酚异构体的分离,达到气相色谱中30米色谱柱分离的效果。在第五章中,我们制备了以聚合物空心球为结构基元的胶体晶薄膜,并发展了基于空心球胶体晶的高精度化学传感器。研究表明,溶剂进入该光子晶体薄膜后呈现特殊的三步扩散,包括胶粒间空隙的填充、空心球聚合物壳层的溶胀以及空心球内部空腔的填充。因此,光子晶体薄膜的结构色也随之发生相应的分段响应。通过实验与理论模拟发现,溶剂对于空心球聚合物壳层的溶胀步骤为整个响应过程的决速步骤。由于不同溶剂分子极性、粘度、大小、构型以及与聚合物之间的相互作用都会对扩散产生影响,因此可以利用光子晶体的光学信号变化实现常见溶剂分子乃至同分异构体的精确识别。在实际应用中,人们可通过肉眼观察结构色变化,确定变色时间,进而直接对溶剂分子进行识别,极大简化了检测操作,摆脱了对专业仪器的依赖。
刘渝城[5]（2020）在《大尺寸高质量钙钛矿单晶生长及其光电性能研究》文中指出有机无机铅卤化物钙钛矿半导体由于其组分可调、简单的溶液制备方法、强的光吸收能力、低的材料成本等优点使得它们的多晶薄膜在光伏和光电应用研究方面取得了快速进展。然而,在多晶薄膜中存在的大量晶界和缺陷被证明是导致离子迁移和快速分解的主要原因,这也是导致钙钛矿太阳电池低稳定性和严重迟滞效应的两个主要因素。与多晶薄膜相比,没有晶界的钙钛矿单晶由于具有更优异的性质,如更长的载流子寿命和扩散长度,更低的体缺陷态密度,更高的载流子迁移率以及更宽的光谱吸收范围等,显着增强了其光电特性。然而,目前报道的钙钛矿单晶仍然存在以下不足:（1）单晶尺寸较小,质量不够高,限制了器件性能进一步提升和应用。（2）单晶的体电阻率较小,使得其光电器件暗电流过高。（3）单晶内部的离子容易迁移,尤其是在高电场下离子迁移异常明显,导致探测器响应不稳定,响应速度较慢,器件信噪比低,基线漂移严重,器件电极被破坏,继而降低器件的稳定性。（4）钙钛矿单晶中普遍含有大量的高毒性铅,极大地限制了其广泛应用。因此,针对以上问题,本文围绕高质量大尺寸钙钛矿单晶的生长策略、反应机理、溶解-结晶平衡、结构维度设计、毒性铅的替换及其光电探测性能,开展的系统研究工作如下:Ⅰ.通过优化晶体成核和生长过程,研发了一种低温梯度结晶（LTGC）的方法,制备了尺寸为47 × 41 × 14 mm3的高质量三维（3D）结构钙钛矿CH3NH3PbBr3单晶。该单晶表现出优异的光电性质,如低的缺陷态密度、高的载流子迁移率、长的载流子寿命和扩散长度。使用该单晶制备的光探测器具有高的工作稳定性,大的外量子效率（13453%）,高的探测率（8 × 1013 Jones）以及短的响应时间（15.8μs）。Ⅱ.开发了迁移率为81±5 cm2 V-1s-1、载流子寿命为899±127 ns、缺陷态密度为6.2±2.7×109 cm-3的高质量3D结构钙钛矿单晶。基于该单晶进一步设计和制备了由729像素组成的大面积（约1300mm2）传感器阵列成像组件,实现了优异的成像性能。Ⅲ.提出了一种外围诱导结晶策略,成功地生长了大面积可弯曲的2D结构钙钛矿（C6H5C2H4NH3）2PbI4薄膜单晶（SCM）,最大面积超过2500 mm2,厚度最薄为0.6μm。这些薄膜单晶具有低的缺陷态密度、优异的光响应均匀性和长期稳定性。利用这些薄膜单晶,设计并制备了柔性光探测器,其外量子效率为26530%,响应率为 98.17 AW-1,探测率为 1.62 × 1015 cm Hz1/2 W-1。Ⅳ.研发了一种溶液表面张力控制结晶的方法成功生长了大尺寸2D结构块体钙钛矿单晶,最大尺寸为36mm。基于这些单晶,设计制备了光探测器,研究了光电响应的各向异性,发现在（001）面制备的探测器具有更高的光响应性能。V.开发了一种有效的多余晶核消除策略生长英寸级高质量0D结构、非铅类钙钛矿（CH3NH3）3Bi2I9单晶。该单晶具有非常低的离子迁移率,高的体电阻率和优异的环境稳定性。基于该单晶制备的X射线探测器灵敏度高达1947 μC Gyair-1 cm-2,探测限为83 nGyair s-1,响应时间为23.3 ms。此外,由于该单晶探测器具有低的基线漂移（5.0 × 10-10 nA cm-1 s-1 V-1）和良好的X射线响应性能,进而实现了首例0D结构无铅类钙钛矿单晶X射线成像系统。
刘振[6]（2020）在《基于二维光子晶体逻辑门的全光加法器研究》文中进行了进一步梳理随着互联网技术的快速发展,人们对信息容量和传输速度的要求不断提高,电子器件的性能逐渐面临瓶颈。与传统的电子技术相比,全光网络在信息的容量和数据传输速率等方面有更多的优势,利用光子代替电子,可以有效解决电子之间的相互干扰问题,提高器件的传输速率和抗干扰能力。光子晶体逻辑器件作为全光网络器件之一,因其传输损耗低、谐振谱窄、尺寸小、便于集成等优点,受到人们的重视和广泛研究,在新兴的集成光学和全光通信网络中具有潜在的应用前景。本文主要围绕二维光子晶体环形谐振腔与微腔的耦合特性,利用线性干涉原理,对光子晶体全光逻辑门和加法器的技术进行研究与分析,并对其结构进行优化,以减小元器件尺寸,提高器件性能。论文主要研究内容包括:（1）利用平面波展开法和时域有限差分法,研究分析了正方晶格结构的光子晶体能带结构,以及环形谐振腔和微腔的耦合特性及传输规律,并总结其影响规律;结果表明:当微腔外介质柱尺寸保持不变时,随着微腔内介质柱半径增大,环形腔和微腔的耦合谐振峰将向低频方向移动,保持微腔内介质柱半径不变,当外介质柱半径增大时,耦合谐振峰将向高频频方向移动。（2）利用环形谐振腔和微腔的耦合规律,通过控制微腔中心介质柱和外介质柱的大小,设计了一种八通道光子晶体波分复用器,该器件由四个环形谐振腔,每个环形腔对应两个微腔组成,并对器件结构进行了优化和仿真验证,提高其传输特性。该器件尺寸小,仅为23μm×18μm,透射效率高,均达97%以上,具有控制方便、易于集成、选频特性好等优点。（3）基于线性干涉效应,提出了二维光子晶体全光逻辑门的设计方法。通过在环形腔中引入光程差,使其产生相应的相位差,从而导致光波发生相长干涉或相消干涉,结合环形谐振器与微腔的耦合规律,实现了或、与、异或、非、或非和与非等光学逻辑门,并对提出的逻辑门结构进行了参数优化和仿真分析,选择合适的微腔中心介质柱半径,以提高逻辑门的传输效率和性能,各逻辑器件对比度高,均在7.3 dB以上,且器件尺寸小,最大为21.5μm×20.5μm,时间传输响应快,均在218 fs以内。（4）在设计好的逻辑门基础上,通过多个逻辑门的级联耦合,提出了全光半加器和全加器的结构设计方法,并利用平面波展开法和时域有限差分法,分别对半加器和全加器的微腔中心介质柱半径大小进行对参数优化,减小光波在环形谐振腔与微腔中的传输损耗,进一步提高器件的输出率。通过模拟仿真和验证,结果表明,所设计的器件不仅物理尺寸小,而且透射率、对比度高,响应周期快,均在344 fs以内,在集成光学领域具有潜在的应用前景。
严清博[7]（2020）在《基于二维光子晶体全光逻辑门的设计与研究》文中进行了进一步梳理随着光通信技术的快速发展,全光通信网络的发展优势越来越明显,光子晶体作为一种人工材料在研究中取得了长足的发展。由于光子晶体特殊的周期性结构,使得晶体内部运动的电子受到布拉格散射,因此产生光子带隙特性和光子局域特性。全光逻辑门在全光通信网络中能够进行快速信息处理和全光计算,提高了全光网络通信传输的高效性和可靠性。利用光子晶体带隙特性和光子局域特性,设计出更加性能优越的光子晶体全光逻辑门器件,将会提高逻辑门结构的判断效率,使得光学集成密集度更高,应用更加广泛,促进全光通信网络的快速发展。本文首先对全光逻辑门的发展和研究现状做了介绍,由于目前现有类型的全光逻辑门尺寸较大,结构复杂,存在很多的缺点,而本文采用光子晶体材料可以大大降低结构的复杂性。其次对本文研究光子晶体的两种理论方法,平面波展开法和有限时域差分法分别做了分析介绍。然后研究了光子带隙形成的影响因素,通过模拟仿真得出晶格类型、介质柱形状、介质填充率和相对折射率是光子带隙的主要影响因素,同时深入研究了不同影响因素下光子带隙的形成机制。最后在光子带隙的特性基础上,设计了基于二维光子晶体环形谐振器的全光非门和或非门逻辑结构,通过选取正方形晶格圆形介质柱光子晶体结构,合理的晶格常数、介质柱半径和折射率大小,运用平面波展开法得到二维光子晶体结构TE偏振下的带隙结构,用有限时域差分法分析了各逻辑门器件在不同输入逻辑条件下的相应的电场稳态分布图和透射率图。结果表明本文设计出的结构能够实现相应的逻辑功能,选取的光子带隙参数合理,并且对比度高,具有较高的消光比,各逻辑门的响应周期短,结构尺寸小,易于光学器件集成。通过该设计研究可以说明光子晶体在光学器件中应用将会很广泛,研究潜力很大,在未来基于光子晶体的器件将会得到充分的应用。
董高能[8]（2019）在《硅基光子晶体微腔的高性能光开关研究》文中提出随着全球数据流量的“爆炸式”增长,对目前光通信网络节点的处理能力也提出了更高的要求。传统的基于电信号处理的方式由于需要频繁的光/电和电/光转换而消耗大量的能量,并且存在转换效率较低和速率受限的问题。全光信号处理技术因直接在光域上进行信号处理而能够避免上述转换过程,成为解决以上问题的首选。光开关作为全光信号处理技术的基本单元,在光通信网络节点的信息处理上具有重要应用价值。此外,光开关还是实现光子计算机和量子计算机的基石,它的性能往往决定了整个系统性能的上限。因此,实现具有高速率、低功耗、高对比度、小尺寸等特性的高性能光开关至关重要。根据开关功能的不同,光开关可以分为时域全光开关和空域光开关两大类,前者是对光在时域上的“通/断”状态进行控制,控制信号是光,一般需要基于非线性效应才能实现;后者是对光在空间上的传输路径进行切换,其控制信号既可以是光,也可以是电、热、声、磁、机械等,但目前最常用的是基于电、热和机械。这两类光开关在性能要求上基本一致,不同的是前者对开关速率有更高的要求,通常要求开关时间在纳秒以下,而后者主要侧重于对光信号在不同路径之间的快速切换。目前,能够实现这两类光开关的平台有许多,例如,二氧化硅、磷化铟、硅,而硅基光子集成平台由于具有与CMOS工艺兼容、尺寸小、损耗低等优势成为实现集成光开关的首选。在众多硅基光子集成器件中,硅基光子晶体微腔由于具有品质因子高和模式体积小的优异特性,成为实现高性能光开关的最佳选择之一。本论文中,我们主要围绕如何利用硅基光子晶体微腔来实现具有高速率、低功耗、高对比度、小尺寸等特性的高性能光开关,具体研究成果概括如下:（1）总结了硅基光子晶体微腔中的非线性效应,并推导了腔与波导耦合系统的传递函数,建立了可用于描述硅基光子晶体微腔的开关动态特性的非线性时域耦合模理论模型,此外,还详细介绍了硅基一维、二维光子晶体微腔的制作工艺流程和测试方法,为实现硅基光子晶体微腔的高性能光开关奠定了理论和实验基础。（2）设计并制作了基于硅光子晶体微腔的多通道全光开关,利用微腔中的自由载流子效应实现了2.5G/s的信号提取和信号阻断的功能,提出了利用蓝移失谐滤波技术来改善器件的开关动态特性的方法,并从理论和实验上都验证了该方法的可行性,利用此方法将信号处理速率提升到了10Gb/s。（3）在工作（2）的基础上,为了进一步提升全光开关的性能,设计并制作了一种基于Fano谐振的全光开关,相比于基于洛伦兹谐振的全光开关,其具有更低的开关功耗、更高的开关对比度和更高的开关速率。（4）针对工作（2）和（3）中的开关速率仍受限于硅中自由载流子寿命的问题,提出了一种利用高非线性聚合物材料中的克尔效应来实现高速率全光开关的方案,仿真结果显示,该方案实现了高速率（40Gb/s）、低功耗（83fJ/bit）、高对比度（18dB）和小尺寸（15μm）的硅基集成全光开关。（5）提出了一种利用硅基级联光子晶体L3腔来增强四波混频效应的方案,理论仿真发现相邻模式之间的频率间隔不相同,这不利于提高四波混频转换效率,但通过调节中间腔的结构使其初始谐振频率产生预失谐,实现了频率间隔几乎相同的三腔耦合系统,最后利用优化后的器件在实验上实现了转换效率为-37dB的四波混频效应。（6）提出了一种基于石墨烯热电极的高性能光子晶体热光开关,通过采用基于悬空-脊波导的结构设计和Fano传输线型来减短开关时间,仿真结果显示,该方案可实现139ns/178ns的开关上升/下降时间、3nm/mW的调谐效率、17dB的开关对比度,并且整个器件也非常紧凑。
卞立安[9]（2018）在《光子晶体结构石墨烯光电器件设计》文中进行了进一步梳理作为一种人工周期结构材料的光子晶体,近年来在多种光电器件中得到有效应用;具有独特光电特性且只有单原子厚度的二维材料石墨烯,正成为当前众多学科的研究热点。将光子晶体与石墨烯复合应用,所设计的光电器件将同时具有二者的优良属性,如智能的光电调控、波段甚窄或甚宽的光电响应等。本文研究设计了光子晶体结构的吸波、光电调控、滤波等多种太赫兹石墨烯器件,仿真分析了器件的光电响应特性和性能。主要研究内容如下:1.基于修正的传输矩阵法对一维石墨烯光子晶体进行了仿真研究,在分析了石墨烯化学势、电磁波入射角度以及介质板调节因子对系统传输率和吸收率的影响基础上,采用异质结构和合成超单元的方法,研究设计了可调谐滤波器、多频开关、高Q滤波器以及多阻滤波器。并进一步构造了一维Fibonacci序列石墨烯准光子晶体,设计了采用异质结构的高Q滤波器、改变周期结构的可调谐光电开关、采用超单元结构的多阻滤波器和利用活性材料的放大器。2.对在Fabry-Perot（FP）谐振腔的顶部镜子中嵌入单层石墨烯实现近1吸收进行了研究。揭示了增加谐振腔数目可有效增加吸收模式数目并同时灵活可控模式间峰-峰距的现象与规律。设计了利用含有两个石墨烯单层的FP谐振腔后串联多个空腔的的石墨烯多模吸波体。这种吸波体可以实现多种工作模式,当只有石墨烯腔时,可以激发两个近1吸收模式;当其后串联一个空腔时,可以激发三个近1吸收模式;而当串联两个空腔时,可以激发四个近1吸收模式。论文进一步研究了不同吸收模式对石墨烯层、石墨烯化学势、谐振腔几何尺寸、反射镜周期数、入射波极化方式以及入射角度等响应关系和规律。3.用石墨烯介质堆栈代替了石墨烯单层,研究提高石墨烯调控亚波长光栅Fano共振的能力。揭示了石墨烯电导率的改变对堆栈等效介电常数的影响规律,从而建立了有效提高石墨烯调谐性能的方法。调节非对称的传输谱,实现了光开关功能。利用Fano共振引起的近场局域设计了可调谐吸波体,以及通过联合调节石墨烯化学势和入射波角度设计了衰减器/调制器。4.对FP-Fano共振混合腔石墨烯吸波体进行了研究。揭示了腔外石墨烯结构的优势在于:腔内赋型对石墨烯没有任何影响,而保持其原有的物理属性。建立了FP谐振和Fano共振共存的设计方法。光栅厚度控制吸收模式数目;光栅周期制约FP谐振和Fano共振间的耦合;石墨烯两端多层介质周期数全面影响系统吸收响应。5.将临界耦合理论应用于石墨烯完美吸波体设计中。首先,通过构造石墨烯光子晶体阵列实现了FP谐振和Fano共振的双激励,设计了双模吸波体。揭示了完美吸收的本质在于临界耦合。研究了石墨烯化学势、等效光栅厚度以及入射光角度对模式耦合的影响。其次,通过石墨烯腔和空腔的串联实现了FP-FP谐振或FP-Fano共振的激励,设计了双模吸波体。进一步强调了完美吸收的本质,提出了模式耦合的方法。利用微扰理论解释了石墨烯对不同腔模独立调控的原因。通过本文的研究,充分展示出石墨烯—光子晶体复合结构的优势。提出的方法在更高的光波段同样适用,为高性能光通信器件的设计提供了全新的思路。
姜宇驰[10]（2017）在《基于光子晶体的全光器件设计与研究》文中提出目前,高科技的发展对信息的容量和传输速率提出了更高的要求,电子集成电路的弊端日益加重,其发展已经到了关键的瓶颈时期,这就迫切要求一种全新的集成化系统能够实现高容量信息的处理及传输。考虑到光波具有较短波长,可实现大容量的信息传输和信息处理能力,因此,实现光路集成化是未来信息高速化发展的必然趋势。作为未来集成光路的重要组成部分,对全光器件的设计和研究势在必行。目前,由于光子晶体的尺寸和波长在同一数量级,具有可集成化程度高,响应快等特点,基于光子晶体的全光器件得到国内外的广泛关注。因此,将其应用于全光网络的集成光路上成为下一代光通信的基本器件,这也是满足未来全光通信发展的必然趋势。本文旨在研究光子晶体的电磁特性,包括光子晶体波导的色散特性和慢光效应,分析电磁波在光子晶体波导中的传播特点,这为未来的基于光子晶体的集成光路中时间延迟效应提供了理论基础。另外,本文设计了集成光路中的全光逻辑器件,其中包括可重构逻辑门以及在此基础上的半加器、半减器等全光逻辑器件,最后,设计了空间分束角度高达180°的偏振分束器。由于基于光子晶体的全光器件结构紧凑,可集成化程度高,这为未来集成光路中设计新型的全光器件提供了重要的理论依据和现实指导意义。论文的主要研究工作和创新点包括:1、本文设计了一种基于光子晶体的可重构全光逻辑门模型,根据选择不同的输入端口和参考端口,来实现XOR,OR,XNOR,A（10）B,NOT等五种不同的逻辑门功能,并讨论了该可重构逻辑门对入射光频率范围的要求。可重构设计方案的提出,使一种结构能够实现多种逻辑功能。设计模型结构紧凑、便于集成,可应用于全光通信网络的光路集成。2、本文率先提出了基于二维光子晶体自准直效应的全光半减器以及三人表决器的实现方案,理论结果与计算结果能很好地吻合,计算结果表明,通过该设计方案可以在输出端得到较高的消光比,与常规电路中的半减器和表决器相比较,本文提出的模型不需要通过几种基本逻辑门组合来实现,结构紧凑,便于集成,为未来光路集成系统中全光器件的设计指明方向。3、设计了空间分束角为180°的偏振分束器,该模型利用不同结构参数的光子晶体自准直效应,控制不同光子晶体的结构参数,使入射光的归一化频率分别处于不同光子晶体TE波或TM等频线的自准直频率范围内,因此,入射光对不同结构参数光子晶体的TE波或TM波具有不同的传输特性,与一般的偏振分束器相比,本文提出的偏振分束器能实现180°的空间分束角,在光束空间分离方面有了极大的改善。
二、Effect of Dielectric Constant Contrast and Filling Factor to Photonic Bandgap（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、Effect of Dielectric Constant Contrast and Filling Factor to Photonic Bandgap（论文提纲范文）
（1）二维光子晶体谐振腔的传输特性研究与应用（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景和意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.3 本论文的主要内容和结构安排 |
| 2 光子晶体理论及其分析方法 |
| 2.1 光子晶体简介及分类 |
| 2.2 光子晶体与电子晶体的比较 |
| 2.3 光子晶体特性及应用 |
| 2.3.1 光子晶体特性 |
| 2.3.2 光子晶体应用 |
| 2.4 光子晶体理论的分析方法 |
| 2.4.1 平面波展开法 |
| 2.4.2 时域有限差分法 |
| 2.4.3 耦合模理论 |
| 2.5 本章小结 |
| 3 二维光子晶体带隙特性及谐振腔传输特性分析 |
| 3.1 影响光子晶体带隙的因素 |
| 3.1.1 原胞结构的影响研究 |
| 3.1.2 填充率对光子禁带的影响研究 |
| 3.2 二维光子晶体谐振腔结构传输特性 |
| 3.2.1 二维光子晶体微腔结构传输特性 |
| 3.2.2 二维光子晶体环形腔传输特性 |
| 3.3 本章小结 |
| 4 光子晶体波分复用器的研究与设计 |
| 4.1 共振耦合单元结构的设计与分析 |
| 4.2 六通道光子晶体波分复用器的结构设计 |
| 4.3 仿真分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 基于二维光子晶体谐振腔结构的全光逻辑非门研究与设计 |
| 5.1 基本原理 |
| 5.2 非门结构设计 |
| 5.3 仿真分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 结论 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间的研究成果 |
（2）非厄米光学器件中新奇效应的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| §1.1 非厄米与时空对称性 |
| §1.2 时空对称光子学 |
| 1.2.1 光学中的时空对称性 |
| 1.2.2 基于时空对称性的新颖光学效应和功能 |
| §1.3 拓扑光子学 |
| 1.3.1 物理学中的拓扑 |
| 1.3.2 光学中的拓扑绝缘体及创新 |
| §1.4 非厄米拓扑性质 |
| 1.4.1 非厄米拓扑 |
| 1.4.2 光学非厄米拓扑新颖效应及应用 |
| §1.5 本论文研究思路和论文结构 |
| 参考文献 |
| 第二章 时空对称光栅及其非对称衍射 |
| §2.1 引言 |
| §2.2 时空对称光栅 |
| 2.2.1 结构设计 |
| 2.2.2 时空对称光栅折射率调制的等比例变换 |
| 2.2.3 非对称衍射现象 |
| 2.2.4 EP点调制 |
| §2.3 耦合波方程 |
| §2.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第三章 光学多层膜奇异点用于光探测增强 |
| §3.1 简介 |
| §3.2 非厄米简并点对于外界微扰的响应。 |
| 3.2.1 本征态存在自发耦合 |
| 3.2.2 本征态无自发耦合 |
| §3.3 粒子群优化算法简介 |
| §3.4 III-V族半导体多层膜结构的奇异点 |
| §3.5 半导体材料载流子注入对折射率的影响分析 |
| §3.6 III-V族半导体奇异点结构对外界光的响应 |
| §3.7 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 耦合共振光波导中的拓扑边界态及平带色散 |
| §4.1 简介 |
| §4.2 二维蜂窝结构耦合共振光波导 |
| §4.3 理论模型 |
| 4.3.1 能带与无能隙边界态 |
| 4.3.2 非平庸Z_2拓扑不变量。 |
| §4.4 拓扑保护边界态场分布及其鲁棒性验证 |
| §4.5 基于耦合共振光波导的器件设计 |
| 4.5.1 边界调制作用 |
| 4.5.2 增益损耗调制 |
| 4.5.3 光学微腔与分束器 |
| §4.6 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 基于耦合共振光波导的非厄米趋肤效应及体边不对应 |
| §5.1 简介 |
| §5.2 结构设计 |
| §5.3 理论模型 |
| §5.4 非厄米趋肤效应 |
| §5.5 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第六章 结论与展望 |
| §6.1 结论 |
| §6.2 展望 |
| 攻读博士学位期间发表论文 |
| 致谢 |
（3）基于自准直效应的光子晶体Gires-Tournois滤波器（论文提纲范文）
| 中文摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 光子晶体的简介 |
| 1.2 光子晶体的特征 |
| 1.3 光子晶体的制作 |
| 1.4 光子晶体的应用 |
| 1.5 小结 |
| 第二章 光子晶体数值分析方法 |
| 2.1 平面波展开法 |
| 2.2 时域有限差分法 |
| 2.3 小结 |
| 第三章 第一能带光子晶体Gires-Tournois滤波器 |
| 3.1 Gires-Tournois滤波器特性分析 |
| 3.2 TE1 模式孔状Gires-Tournois滤波器 |
| 3.3 TM1 模式柱状Gires-Tournois滤波器 |
| 3.4 小结 |
| 第四章 第二能带光子晶体Gires-Tournois滤波器 |
| 4.1 TE2 模式孔状Gires-Tournois滤波器 |
| 4.2 TM2 模式孔状Gires-Tournois滤波器 |
| 4.3 小结 |
| 第五章 总结 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 个人简历 |
（4）响应型胶体光子晶体薄膜的制备与应用（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 引言 |
| 1.1 胶体光子晶体 |
| 1.1.1 光子晶体 |
| 1.1.2 胶体光子晶体及其组装 |
| 1.1.3 胶体光子晶体的光学性质 |
| 1.2 响应型胶体光子晶体 |
| 1.2.1 响应型胶体晶的响应原理 |
| 1.2.2 响应型胶体晶的构筑策略 |
| 1.3 运用功能性基质构建响应型光子晶体 |
| 1.3.1 基于聚合物的响应型光子晶体 |
| 1.3.2 基于多孔材料的响应型光子晶体 |
| 1.3.3 基于液晶材料的响应型光子晶体 |
| 1.4 运用功能性胶粒构建响应型光子晶体 |
| 1.4.1 基于高分子胶粒的响应型光子晶体 |
| 1.4.2 基于介孔胶粒的响应型光子晶体 |
| 1.4.3 基于金属有机框架胶粒的响应型光子晶体 |
| 1.4.4 基于磁性胶粒的响应型光子晶体 |
| 1.4.5 基于高电荷胶粒的响应型光子晶体 |
| 1.5 液态胶体晶体系简介 |
| 1.5.1 液态胶体晶的制备方法 |
| 1.5.2 液态胶体晶的结构特点 |
| 1.5.3 液态胶体光子晶体的应用 |
| 1.6 本论文选题思路与主要研究内容 |
| 第二章 基于CeO_2@SiO_2 胶粒的电响应光子晶体 |
| 2.1 研究背景 |
| 2.2 实验药品和仪器设备 |
| 2.3 实验步骤 |
| 2.3.1 CeO_2、SiO_2与CeO_2@SiO_2 胶体颗粒的制备 |
| 2.3.2 液态胶体晶的制备 |
| 2.3.3 电场响应的显示单元阵列的制备 |
| 2.4 结果与讨论 |
| 2.4.1 大规模制备尺寸均匀的CeO_2 胶体颗粒 |
| 2.4.2 基于CeO_2 胶体颗粒的液态胶体晶 |
| 2.4.3 CeO_2 胶体颗粒的表面修饰 |
| 2.4.4 液态光子晶体的电响应原理 |
| 2.4.5 液态光子晶体的电响应行为 |
| 2.4.6 结构基元对电响应性能的影响 |
| 2.4.7 CeO_2@SiO_2 液态光子晶体的电响应速率、可逆性及稳定性 |
| 2.4.8 基于CeO_2@SiO_2 液态光子晶体的显示阵列 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 基于介孔SiO_2 光子晶体的薄层色谱 |
| 3.1 研究背景 |
| 3.2 实验药品和仪器设备 |
| 3.3 实验步骤 |
| 3.3.1 介孔SiO_2 胶体颗粒的合成 |
| 3.3.2 玻璃基片的亲水化处理 |
| 3.3.3 基于介孔SiO_2 光子晶体的薄层色谱板的制备 |
| 3.3.4 基于介孔SiO_2 光子晶体的反相薄层色谱板的制备 |
| 3.3.5基于光子晶体薄层色谱的分离实验 |
| 3.4 结果与讨论 |
| 3.4.1 光子晶体薄层色谱板的工作原理 |
| 3.4.2 光子晶体薄层色谱的结构特点 |
| 3.4.3 光子晶体薄层色谱板上样品点的加载 |
| 3.4.4 利用空间分辨反射光谱表征样品的迁移 |
| 3.4.5 单一组分化合物在介孔光子晶体板上的迁移 |
| 3.4.6 基于光子晶体薄层色谱的可视化分离 |
| 3.4.7 光子晶体薄层板的结构调控与性能优化 |
| 3.4.8 在反相光子晶体薄层色谱中应用的扩展 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 基于MOF复合光子晶体的高效薄层色谱 |
| 4.1 研究背景 |
| 4.2 实验药品和仪器设备 |
| 4.3 实验步骤 |
| 4.3.1 SiO_2 胶体晶薄膜的制备 |
| 4.3.2 SiO_2 胶体晶薄膜的表面羧基修饰 |
| 4.3.3 MOF包覆的胶体晶薄膜的制备 |
| 4.3.4 薄层色谱分离 |
| 4.4 结果分析与讨论 |
| 4.4.1 MOF包覆SiO_2 光子晶体薄膜的制备 |
| 4.4.2 MOF包覆光子晶体薄膜的孔结构 |
| 4.4.3 MOF包覆光子晶体薄膜的光学性质 |
| 4.4.4 利用空间分辨反射光谱表征薄膜的光学性质 |
| 4.4.5 基于MOF包覆光子晶体薄膜的高效薄层色谱 |
| 4.4.6 MIL-100/PC高效分离性能原理分析 |
| 4.4.7 甲酚异构体在商业硅胶色谱上的分离 |
| 4.4.8 MOF/PC的分离性能与商业化色谱技术的对比 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 基于空心聚合物球光子晶体的溶剂传感器 |
| 5.1 研究背景 |
| 5.2 实验药品和仪器设备 |
| 5.3 实验步骤 |
| 5.3.1 SiO_2@RF胶体颗粒的合成 |
| 5.3.2 SiO_2@RF光子晶体的制备 |
| 5.3.3 空心RF光子晶体薄膜的制备 |
| 5.4 结果分析与讨论 |
| 5.4.1 空心球光子晶体薄膜的制备 |
| 5.4.2 空心球光子晶体对溶剂的分段响应行为 |
| 5.4.3 聚合物壳层交联度对溶剂响应的影响 |
| 5.4.4 对聚合物壳层溶胀过程的理论模拟 |
| 5.4.5 基于空心球光子晶体薄膜的溶剂传感器 |
| 5.4.6 基于空心球光子晶体薄膜的可视化溶剂传感 |
| 5.4.7 溶剂在空心球光子晶体薄膜中扩散行为的理论分析 |
| 5.4.8 利用空心球光子晶体薄膜测定醇体系中水或甲醇含量 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 结论与展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 进一步工作的方向 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及在学期间所取得的研究成果 |
| 作者简历 |
| 在学期间所取得的研究成果 |
（5）大尺寸高质量钙钛矿单晶生长及其光电性能研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 钙钛矿晶体结构及单晶研究进展 |
| 1.1.1 钙钛矿晶体结构 |
| 1.1.2 钙钛矿单晶研究进展 |
| 1.2 光探测器的分类、工作原理及基本参数 |
| 1.2.1 光探测器的分类 |
| 1.2.2 光伏探测器工作原理 |
| 1.2.3 光电导探测器工作原理 |
| 1.2.4 光探测器中的暗电流 |
| 1.2.5 光探测器的基本参数 |
| 1.3 X射线探测器的工作模式、原理及基本参数 |
| 1.3.1 X射线探测器工作模式及其工作原理 |
| 1.3.2 X射线探测器的基本参数 |
| 1.4 钙钛矿光探测器及X射线探测器研究进展 |
| 1.4.1 钙钛矿用于光探测器的优势 |
| 1.4.2 钙钛矿用于X射线探测器的优势 |
| 1.4.3 钙钛矿光探测器研究进展 |
| 1.4.4 钙钛矿X射线探测器研究进展 |
| 1.5 本论文的研究意义、研究内容与创新点 |
| 1.5.1 研究意义 |
| 1.5.2 研究内容与创新点 |
| 第2章 晶体成核与生长理论基础、模型 |
| 2.1 晶体成核理论 |
| 2.1.1 均相成核 |
| 2.1.2 异相成核 |
| 2.2 晶体生长理论与模型 |
| 2.2.1 扩散-控制生长模型和反应控制的增长模型 |
| 2.2.2 奥斯特瓦尔德熟化(Ostwald ripening) |
| 2.3 本章小结 |
| 第3章 基础材料制备与表征方法 |
| 3.1 实验所用试剂,仪器与材料合成 |
| 3.1.1 实验所用试剂 |
| 3.1.2 合成所用仪器设备 |
| 3.1.3 基础材料合成 |
| 3.2 主要表征方法与简单原理 |
| 3.2.1 表征仪器与设备 |
| 3.2.2 器件性能表征方法与简单原理 |
| 3.3 本章小结 |
| 第4章 低温梯度结晶生长大尺寸三维钙钛矿单晶及其光探测性能研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 实验部分 |
| 4.2.1 基本表征和测试 |
| 4.2.2 低温梯度结晶(LTGC)生长钙钛矿单晶 |
| 4.3 结果与讨论 |
| 4.3.1 低温梯度结晶(LTGC)生长钙钛矿单晶过程研究 |
| 4.3.2 溶液中钙钛矿单晶生长过饱和模型 |
| 4.3.3 单晶晶体结构 |
| 4.3.4 单晶光电性质 |
| 4.3.5 单晶的光探测性能 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 大尺寸高质量三维钙钛矿单晶及其数字图像传感性能研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 实验部分 |
| 5.2.1 CH_3NH_3Br晶体合成 |
| 5.2.2 单晶生长 |
| 5.2.3 单晶探测器的制备 |
| 5.3 结果与讨论 |
| 5.3.1 单晶的晶体结构 |
| 5.3.2 单晶的缺陷态密度和光学性质 |
| 5.3.3 单晶光探测性能 |
| 5.3.4 单晶探测器阵列及数字图像传感性能 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 外围诱导结晶生长大面积二维钙钛矿单晶薄膜及其柔性光探测器 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 实验部分 |
| 6.2.1 单晶薄膜的生长 |
| 6.2.2 单晶薄膜器件制备 |
| 6.2.3 单晶及其探测器表征方法 |
| 6.3 结果与讨论 |
| 6.3.1 单晶薄膜生长过程研究 |
| 6.3.2 单晶薄膜的厚度控制及其弯曲性 |
| 6.3.3 单晶薄膜晶体结构表征 |
| 6.3.4 单晶薄膜的光学和电荷传输性质 |
| 6.3.5 柔性单晶探测器及探测性能 |
| 6.4 结论 |
| 第7章 表面张力控制结晶生长高质量二维钙钛矿单晶及其各向异性光探测性能研究 |
| 7.1 引言 |
| 7.2 实验部分 |
| 7.2.1 表面张力控制结晶生长块体2D钙钛矿单晶 |
| 7.2.2 平面型钙钛矿单晶探测器制备 |
| 7.2.3 单晶材料及器件性能表征 |
| 7.2.4 理论计算 |
| 7.3 结果与讨论 |
| 7.3.1 表面张力控制溶液表面成核分析 |
| 7.3.2 晶体结构的各向异性 |
| 7.3.3 单晶的光学性质和缺陷态密度 |
| 7.3.4 钙钛矿单晶的各向异性电荷传输 |
| 7.3.5 单晶探测器及其各向异性光探测性能 |
| 7.4 结论 |
| 第8章 大尺寸零维结构非铅类钙钛矿单晶生长及用于高灵敏稳定X射线成像 |
| 8.1 引言 |
| 8.2 实验部分 |
| 8.2.1 单晶生长 |
| 8.2.2 单晶X射线探测器制备 |
| 8.2.3 单晶材料表征与X射线探测器性能测试 |
| 8.2.4 理论计算 |
| 8.3 结果与讨论 |
| 8.3.1 单晶晶体结构 |
| 8.3.2 单晶光学性质与稳定性 |
| 8.3.3 单晶X射线探测器及其性能 |
| 8.3.4 单晶X射线探测器中的离子迁移 |
| 8.3.5 单晶X射线成像 |
| 8.4 结论 |
| 第9章 总结与展望 |
| 9.1 结论 |
| 9.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读博士学位期间的科研成果 |
（6）基于二维光子晶体逻辑门的全光加法器研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景和意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 全光逻辑门的研究现状 |
| 1.2.2 全光加法器的研究现状 |
| 1.3 本论文的主要内容和结构安排 |
| 2 光子晶体特性及理论分析方法 |
| 2.1 光子晶体简介 |
| 2.2 光子晶体的基本特性 |
| 2.2.1 光子带隙 |
| 2.2.2 光子局域 |
| 2.3 光子晶体的理论分析方法 |
| 2.3.1 平面波展开法 |
| 2.3.2 时域有限差分法 |
| 2.4 本章小结 |
| 3 二维光子晶体波分复用器设计与仿真 |
| 3.1 单通道波分复用器设计与分析 |
| 3.2 八通道波分复用器设计与分析 |
| 3.3 本章小结 |
| 4 二维光子晶体全光逻辑门设计与仿真 |
| 4.1 设计原理 |
| 4.2 或门设计与仿真分析 |
| 4.3 与门设计与仿真分析 |
| 4.4 异或门设计与仿真分析 |
| 4.5 或非门设计与仿真分析 |
| 4.6 与非门设计与仿真分析 |
| 4.7 本章小结 |
| 5 二维光子晶体加法器的设计与仿真 |
| 5.1 设计理论 |
| 5.2 二维光子晶体全光半加器的设计与仿真分析 |
| 5.3 二维光子晶体全光全加器的设计与仿真分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 结论 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间的研究成果 |
（7）基于二维光子晶体全光逻辑门的设计与研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景和意义 |
| 1.2 全光逻辑门的发展和研究现状 |
| 1.2.1 基于光学克尔效应的全光逻辑门 |
| 1.2.2 基于光纤干涉仪的全光逻辑门 |
| 1.2.3 基于半导体光放大器的全光逻辑门 |
| 1.2.4 基于光子晶体的全光逻辑门 |
| 1.3 本论文的主要内容和结构安排 |
| 2 光子晶体常用的研究方法 |
| 2.1 平面波展开法分析 |
| 2.2 有限时域差分法分析 |
| 2.3 本章小结 |
| 3 光子晶体的特性研究 |
| 3.1 光子晶体的性能分析 |
| 3.2 光子晶体的特性分析 |
| 3.2.1 光子晶体的周期特性 |
| 3.2.2 光子局域特性 |
| 3.2.3 光子晶体的制备 |
| 3.3 光子带隙特性研究 |
| 3.3.1 原胞结构的影响研究 |
| 3.3.2 介质柱填充率的影响研究 |
| 3.3.3 相对折射率的影响研究 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 基于二维光子晶体环形谐振器的全光逻辑门设计与仿真 |
| 4.1 理论分析与结构设计 |
| 4.1.1 理论分析 |
| 4.1.2 基本结构与能带分析 |
| 4.2 仿真结果与分析 |
| 4.2.1 非逻辑门 |
| 4.2.2 或非逻辑门 |
| 4.3 本章小结 |
| 5 二维光子晶体全光逻辑门的时间响应分析 |
| 5.1 非逻辑门时间响应分析 |
| 5.2 或非逻辑门时间响应分析 |
| 5.3 本章小结 |
| 结论 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间的研究成果 |
（8）硅基光子晶体微腔的高性能光开关研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 光开关的研究意义 |
| 1.2 硅基集成光开关的发展概述 |
| 1.3 光子晶体微腔的研究现状 |
| 1.4 本文的主要工作 |
| 2 光子晶体微腔的基本理论、制作及测试 |
| 2.1 光子晶体微腔的数值计算方法 |
| 2.2 光子晶体微腔的主要性能指标 |
| 2.3 硅基光子晶体微腔中的非线性效应及其在光开关中的应用 |
| 2.4 硅基光子晶体微腔的制作与测试 |
| 2.5 本章小结 |
| 3 基于自由载流子效应的光子晶体全光开关 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 基于一维光子晶体微腔的多通道全光开关 |
| 3.3 基于一维光子晶体微腔的Fano全光开关 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 基于克尔效应的超快光子晶体全光开关 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 基于硅/聚合物的混合狭缝光子晶体全光开关 |
| 4.3 硅基级联光子晶体L3 腔中的四波混频效应 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 基于石墨烯热电极的高性能光子晶体热光开关 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 工作原理 |
| 5.3 器件设计 |
| 5.4 器件制备 |
| 5.5 分析与讨论 |
| 5.6 本章小结 |
| 6 总结与展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录1 攻读博士学位期间发表论文目录 |
| 附录2 英文缩写简表 |
（9）光子晶体结构石墨烯光电器件设计（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 石墨烯材料概述 |
| 1.1.1 石墨烯的能带结构 |
| 1.1.2 石墨烯的光学性质 |
| 1.1.3 石墨烯的制备 |
| 1.1.4 石墨烯电学特性表征 |
| 1.2 光子晶体概述 |
| 1.3 光子晶体结构石墨烯器件研究现状 |
| 1.4 论文主要研究内容和章节安排 |
| 1.4.1 论文的主要研究内容和创新点 |
| 1.4.2 论文的章节安排 |
| 第二章 基于石墨烯光子晶体的可调谐器件设计 |
| 2.1 修正的传输矩阵法 |
| 2.2 一维石墨烯光子晶体太赫兹器件设计 |
| 2.2.1 石墨烯介质周期结构特性分析 |
| 2.2.2 可调谐滤波器设计 |
| 2.2.3 石墨烯嵌入方式对系统响应的影响研究 |
| 2.3 准周期光子晶体结构石墨烯器件设计 |
| 2.3.1 常用准周期序列与GQPC的生成 |
| 2.3.2 石墨烯准光子晶体可调谐器件设计 |
| 2.4 小结 |
| 第三章 石墨烯多模吸波体设计 |
| 3.1 严格耦合波分析方法 |
| 3.2 腔外石墨烯吸波体设计 |
| 3.2.1 单模吸波体设计 |
| 3.2.2 双模吸波体设计 |
| 3.3 多腔结构石墨烯多模吸波体设计 |
| 3.3.1 多腔光子晶体模型 |
| 3.3.2 吸收响应分析 |
| 3.4 小结 |
| 第四章 亚波长光栅Fano共振调控研究 |
| 4.1 Fano共振原理 |
| 4.1.1 衍射光栅Fano共振理论 |
| 4.1.2 平板光子晶体Fano共振理论 |
| 4.2 石墨烯调控Fano共振能力研究 |
| 4.2.1 单层石墨烯调控Fano共振能力研究 |
| 4.2.2 石墨烯介质堆栈调控Fano共振能力研究 |
| 4.3 混合谐振腔吸收模式调控研究 |
| 4.3.1 混合腔光子晶体模型 |
| 4.3.2 吸收响应分析 |
| 4.4 小结 |
| 第五章 临界耦合石墨烯完美吸波体设计 |
| 5.1 完美吸波理论分析 |
| 5.1.1 临界耦合理论 |
| 5.1.2 简并临界耦合理论 |
| 5.2 基于光子晶体阵列的石墨烯完美吸波体设计 |
| 5.2.1 光子晶体阵列模型 |
| 5.2.2 吸收响应分析 |
| 5.3 FP谐振腔微扰理论 |
| 5.4 基于双腔光子晶体的石墨烯完美吸波体设计 |
| 5.4.1 双腔光子晶体模型 |
| 5.4.2 吸收响应分析 |
| 5.5 小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 研究成果 |
| 6.2 研究展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 作者在学期间取得的学术成果 |
（10）基于光子晶体的全光器件设计与研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 基于光子晶体器件的研究进展 |
| 1.3 论文主要创新点和章节安排 |
| 1.3.1 本文创新点 |
| 1.3.2 本文章节安排 |
| 第二章 光子晶体常用的计算方法 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 光子晶体的光子带隙 |
| 2.3 平面波展开法 |
| 2.3.1 方法概述 |
| 2.3.2 计算思想 |
| 2.4 时域有限差分方法 |
| 2.4.1 方法概述 |
| 2.4.2 FDTD的基本思想 |
| 2.4.3 吸收边界条件 |
| 2.4.4 激励源设置 |
| 2.4.5 二维时域有限差分方法的计算流程 |
| 2.4.6 非线性时域有限差分方法 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 介质光子晶体波导的结构及带隙研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 介质光子晶体的光子带隙 |
| 3.2.1 介质柱介电常数对光子带隙的影响 |
| 3.2.2 介质柱填充率对光子晶体带隙的影响 |
| 3.3 光子晶体单行线缺陷波导的能带结构 |
| 3.3.1 介质柱介电常数对单行线缺陷模的影响 |
| 3.3.2 介质柱半径对单行线缺陷模的影响 |
| 3.4 光子晶体双线缺陷波导的能带结构 |
| 3.5 光子晶体波导的慢光效应 |
| 3.5.1 慢光效应的概念 |
| 3.5.2 光子晶体波导中的慢光效应 |
| 3.5.3 介质柱介电常数对慢光效应的影响 |
| 3.5.4 介质柱半径以及介电常数对慢光效应的影响 |
| 3.6 掺杂非线性Kerr介质的光子晶体波导研究 |
| 3.6.1 正交分析法概述 |
| 3.6.2 模型的建立与仿真 |
| 3.7 本章小结 |
| 第四章 基于介质光子晶体的可重构逻辑门设计 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 可重构逻辑门设计原理 |
| 4.2.1 模型的建立 |
| 4.2.2 模型的仿真 |
| 4.2.3 结果与分析 |
| 4.3 频率可重构逻辑门的设计 |
| 4.3.1 频率可重构逻辑门模型 |
| 4.3.2 模型的仿真 |
| 4.3.3 结果与分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 基于介质光子晶体的全光器件设计 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 半加器和半减器概述 |
| 5.2.1 全光半加器 |
| 5.2.2 全光半减器 |
| 5.3 自准直效应与等频图 |
| 5.3.1 自准直效应 |
| 5.3.2 等频图 |
| 5.4 基于介质光子晶体的全光半加器 |
| 5.4.1 半加器的模型建立 |
| 5.4.2 全光半加器的设计与仿真 |
| 5.4.3 结果与分析 |
| 5.5 基于介质光子晶体的全光半减器 |
| 5.5.1 半减器的模型建立 |
| 5.5.2 全光半减器的设计与仿真 |
| 5.6 三人制表决器 |
| 5.6.1 模型的建立 |
| 5.6.2 计算与仿真 |
| 5.6.3 结果与分析 |
| 5.7 偏振分束器 |
| 5.7.1 分束角度为90°的偏振分束器模型设计与仿真 |
| 5.7.2 分束角度为180°的偏振分束器模型设计与仿真 |
| 5.8 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 论文内容总结 |
| 6.2 前景和展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 在学期间的研究成果及发表的学术论文 |
四、Effect of Dielectric Constant Contrast and Filling Factor to Photonic Bandgap（论文参考文献）
- [1]二维光子晶体谐振腔的传输特性研究与应用[D]. 李龙飞. 兰州交通大学, 2021(02)
- [2]非厄米光学器件中新奇效应的研究[D]. 朱学艺. 南京大学, 2020(04)
- [3]基于自准直效应的光子晶体Gires-Tournois滤波器[D]. 谢淑玲. 福建师范大学, 2020(12)
- [4]响应型胶体光子晶体薄膜的制备与应用[D]. 傅茜茜. 华东师范大学, 2020(10)
- [5]大尺寸高质量钙钛矿单晶生长及其光电性能研究[D]. 刘渝城. 陕西师范大学, 2020(02)
- [6]基于二维光子晶体逻辑门的全光加法器研究[D]. 刘振. 兰州交通大学, 2020(01)
- [7]基于二维光子晶体全光逻辑门的设计与研究[D]. 严清博. 兰州交通大学, 2020(01)
- [8]硅基光子晶体微腔的高性能光开关研究[D]. 董高能. 华中科技大学, 2019
- [9]光子晶体结构石墨烯光电器件设计[D]. 卞立安. 国防科技大学, 2018(02)
- [10]基于光子晶体的全光器件设计与研究[D]. 姜宇驰. 南京航空航天大学, 2017(02)