引言
光子晶体光纤（PCF），又称多孔光纤或微结构光纤，以其独特的光学特性和灵活的设计成为近年来的热门研究课题。这类光纤是由在纤芯周围沿着轴向规则排列微小空气孔构成，通过这些微小空气孔对光的约束，实现光的传导。独特的波导结构，灵活的制作方法，使得PCF与常规光纤相比具有许多奇异的特性，有效地扩展和增加了光纤的应用领域，因而成为目前国际上研究的热点。在光纤激光器这一领域，PCF经专门设计可具有大模面积且保持无限单模的特性，有效地克服了常规光纤的设计缺陷。以这种具有新颖波导结构和特性的光纤作为有源掺杂的载体，并把双包层概念引入到光子晶体光纤中，将使光纤激光器的某些性能有显著改善。近年来，国外的很多大学和科研单位都在积极开展光子晶体光纤激光器的研究工作。目前，国外输出功率达到几百瓦的光子晶体光纤激光器已有报道。本文阐述了PCF的一些独特优越特性、导光原理及对光子带隙导光型光子晶体光纤的结构设计，介绍了PCF的发展以及优化设计。
第一章光子晶体光纤概述
§1．1光子带隙型光子晶体光纤的理论进展
上个世纪，随着科学技术的不断发展，电子技术几乎进入了人们生活的各个方面，人们对大规模集成电路的微型化、高效化和稳定性提出了更多、更高、更新的要求，而传统的电子技术不能满足高端前沿的发展需要。因此，人们把目光投向于光子技术，希望可以用光子取代电子来获取、传输、存储和处理信息。光子与电子相比有许多优点，光子具有极快的响应能力、极强的互连能力、极大的存储能力和极高的信息容量，但是光子不能和电子一样随意控制，这使得光通信、光器件的研究和应用难以取得进步。科学家们正努力寻找一种新型光学材料使光子能被有效控制，结果光子晶体迅速成为研究焦点。
1987年，E．Yablonovitch[1]研究在固体物理和电子学中抑制自发辐射时，提出周期性结构中某些特定频率光的传播在一个带隙被严格禁止；几乎同时S．John讨论在特定的无序介质超晶格中光子的局域性时，指出在规则排列的超晶格中引入某种缺陷，光子有可能被局限在缺陷中而不能向其它方向传播。由此提出了光子晶体的概念，指出光子带隙和光子局域是光子晶体的重要特征。直到1989年，Yablonovitch和Gmittern首次在实验上证实了三维光子带隙的存在，并指出当两种材料的折射率比足够大时，才能得到完全光子禁带，这一论断后来被广泛应用到实践中，成为得到光子禁带的重要条件。此后物理界才开始大举投入这方面的理论研究和实际应用，它完全不同于传统利用全反射理论来引导光传输，而是利用光子禁带，这样给光通讯领域带来了新的生机和活力。1999年国际权威杂志（Science）在预计所有学科研究趋势时，将光子晶体方面的研究列为未来的六大研究热点之一。
1992年，Russell提出光子晶体光纤的概：它是包层为有序排列的二维光子晶体，纤芯为破坏了包层有序排列的缺陷，光被局限在缺陷中进行传播。1996年英国的Southampton大学研制成功了世界上第一根光子晶体光纤，这项研究成果给光通信和光研究领域注入了新的活力，引起了全世界人们的普遍兴趣。接下来短短的十年间里，光子晶体光纤的研究和应用已经取得了较大的进步，并在（Science）和（Nature）杂志上多次有过相关报道，发表的论文数也是与
日俱增。目前光子晶体光纤的研究重点有：理论模型的进一步探讨、结构参数的理论计算、性能的模拟和测试、制作工艺的标准化、实验室实验和工程实际应用技术的研讨等。
1998年英国Bath大学的J．C．Knight[2]等人研制成功了第一根光子带隙型光子晶体光纤，包层具有蜂窝状结构的空气孔，中心为空芯，光束在空芯中传输。光子晶体光纤根据导光机制的不同可以分为全反射型光子晶体光纤(TIR—PCF)和光子带隙型光子晶体光纤(PBG-PCF)。前者的导光原理与传统光纤相似，都是基于全反射效应，纤芯的折射率大于包层的有效折射率；而后者是利用光子带隙效应，它的纤芯是空气，光场主要在气芯中传播，因而能够打破传统硅芯结构光纤的限制，如损耗、非线性和可利用的传输窗口等。PBG—PCF 这种新型光纤具有一系列传统光纤无法比拟的特性如：极低的损耗保证了信号的长距离传输，极低的非线性效应保证了信号的保真度，全波段的单模工作为系统提供了充足的信道资源，零色散波长的人为控制避免了信号的相互串扰。这些特性除了可以用于光通信系统之外，还可以用于飞秒激光的压缩与产生、高精度光学计量等领域，发展前景十分广阔。
§1.2 光子晶体光纤PCF的结构
光子晶体的出现引起了对光子晶体光纤的研究。PCF包层中分布着一系列二维周期性排列的气孔，光纤中的光波导基于部分或完全光子频率禁带的存在，把光局限在低折射率的缺陷中（比如空芯结构），实现了一种新的导光方式。空芯光子晶体光纤这一概念最早是1991年由Russell提出的，随后Brisk等在1995年从理论上进行了论证[1]。经过十余年的发展，空芯光子晶体光纤已经成为一种成功的二维光子带隙结构，其光传播长度已经达到了1000量级。光子晶体光纤按其传输特性可分成两大类：全反射（total internal reflection TIR）型和光子带隙（photonic band gap，PBG）型。
(1)全反射光子晶体光纤
全反射型光子晶体光纤结构类似于传统光纤，只是在光纤包层截面上有周期性分布的三角形或蜂窝状结构。导波方式与全反射原理类似而并不依赖PBG效应。由于纤芯折射率仍然大于包层的，全反射型光纤的导光方式仍然是传统的反射式，TIR型光子晶体光纤的包层截面上不产生光子带隙，包层空气孔也不具有严格的周期性。PCF与传统的相比有许多奇异特性，例如无截至单模特性、非线性、反常色散性、高双折射性。只要改变光纤中的孔距与孔径的比值，就能改变光纤的特性。由于它具有很大的应用前景，因此目前大多数的研究和应用都是针对这种类型。
(2)光子带隙光子晶体光纤
PBG型光子晶体光纤与TIR型光子晶体光纤最大的不同就是纤芯引入了折射率低于包层材料的空气孔缺陷。是基于一种全新的机制——光子带隙理论。光子晶体光纤利用包层中高度有序排列的空气孔形成PBG，纤芯则是在PBG中引入缺陷，使光仅能以缺陷态在纤芯中传播。Crega等人将一堆外径为l mm的空心玻璃柱绑在一起，然后在整体的堆积中心省去7根玻璃柱，形成很大的空气孔缺陷作为光通道，实现了光在中心空气孔中的传播。Wadsworth等人研究表明这种PCF
可传输99％以上的光能，而且空间光衰减极低，光纤衰减只有标准光纤的1/4～1/2。
§ 1.3 光子晶体光纤PCF的应用
光子晶体光纤的独特结构和导光机制以及种种优良特性，对于进一步实真正的全光通信[3-4]，工业，医疗等方面展示出了广阔的应用前景。
现代光通信正向着超远距离、超大容量的方向发展，空芯光子晶体光纤用作通信光纤极低的损耗保证了信号的长距离传输；高的损伤阈值和极低的非线性效应保证了高功率能量的传输和信号的保真度，也可能在未来的量子通信中用来传送孤子压缩态；全波段的单模工作为WDM系统提供了充足的信道资源；零色散波长的可控性质避免了信号的相互串扰，可在短波长处获得大的正常色散和长波长处获得大的反常色散，这可用于光通信中的色散补偿和脉冲压缩。另外，由于其价格目前还比较昂贵，损耗也比单模光纤大，要在近期利用空芯光子带隙光纤代替常规单模光纤进行长距离传输是不可能的。但利用它做成有源器件，在光
通信中，特别是波分复用(WDM)系统和全光纤系统中使用是很有前途的，比如光纤激光器等。利用带隙型光子晶体光纤制作通信中的光器件可显著扩大通信容量和降低通信系统的成本。
(1)色散补偿
光子晶体光纤由于其包层的独特结构使得芯层和包层的折射率差增大，从而波导色散对光纤色散的贡献变大，结果光子晶体光纤在可见光波段具有零色散点甚至能够出现负色散。在纯石英及传统单模光纤中产生正常色散的波长上，在光子晶体光纤中都可以实现反常色散，基于此可以实现孤立子传播、进行色散补偿和超短脉压缩等。Birks等人经过计算得出在通信波段．2 000 ps/km/nm的色散是可能实现的，据此能够得出这种光纤可以补偿其长度几十倍的标准光纤的色散，这远远超过了传统色散补偿光纤的色散补偿能力。光子晶体光纤的另一个突出特性就是零色散点可调，只需简单改变光子晶体光纤的微结构尺寸，就可以在几百纳米的围取得零色散。Knight等研究了多孔光纤的反常色散特性，其结果显示适当设计多孔光纤的参数就可以实现在从500nm到300nm很宽的波长围控制零色散点。PBG．PCF的色散特性依赖于包层空气孔的尺寸、形状和排列，因此可以根据需要通过改变包层的结构来获得所需要的色散。可在短波长处获得大的正常色散和长波长处获得大的反常色散，这可用于色散补偿和脉冲压缩。
(2)孤子压缩
光孤子是光纤中一种稳定的传输模式，克服了色散的制约，当光强度足够大时会使光脉冲变窄，脉冲宽度不到一个ps，有可能极大的提高了信号传输容量和传输距离。和光通信中利用光孤子压缩态可以减少噪声，提高信噪比，实现超大容量和超长距离传输。
(3)飞秒光纤激光器[5]
光纤激光器中反常色散和非线性相互作用对激光脉冲的形状起着关键的作用。空芯光子带隙光纤在带隙的长波长处表现出反常色散的特性，同时非线性非常小接近于空气的非线性，比传统的单模光纤低1000倍，因此它满足飞秒光纤激光器自相似演化的首要条件。康奈尔大学应用物理系Lim H等人报道了利用空芯光子带隙光纤的反常色散特性研制的飞秒光纤激光器，通过调整滤波片，可以获得自启动锁模，采用这种装置能产生高质量脉冲。自相似脉冲在该种激光器中的成功演化暗示了飞秒光纤激光器中的脉冲能有可能在将来超越固态激光器。
(4)光耦合器件
能量传输方面的应用对于空芯光子晶体光纤，光能量主要在空芯中传播，当光被耦合进入空芯波导光纤中时没有菲涅耳反射(因为外界和纤芯材料一样均是空气)，这种光纤可以作为高效率光耦合器件，使光通信中的连接器更新换代。
第二章 光子光子晶体光纤的理论研究
§ 2．1 光子晶体的能带理论
在固体物理理论中，电子在晶体中运动可视为一个电子在周期势场中运动，并由Schrdinger （薛定谔)方程描述：
2
2()()2r h ÑV E m
-+ψ=ψ （2－1） 上式中的势场()r V 是以T 为周期场,具有周期性，其周期为晶格常数n R →
()()n V r V r R →→→=+ （2－2）
式中112233n T n a n a n a =++为晶体矢量，(i a 为晶格基矢，q 为整数)
由此平移对称，并结合周期性边界条件，即得到电子能带结构理论。
而当光在介质中运动时，根据光子的电磁理论，在定态下电磁波运动方程为：
22()()0r r E k E ∇+= （2－3）
式中2
22k u c ωε=，若介质为非磁性介质，有u =l 。对均匀各向同性介质而亩，其
介电常数ε占是一个与位置无关的量。但是介电常数是非均匀的、并且电常是：
2'2(
)cos cos sin sin cos ()2k k ka kb ka kb K a b kk
+-=+ （2－4） 简化得:
cos cos p ka Ka ka
-= (2－5) 所以当：cos 1sin p ka ka ka -≤ 决定方程有解时k 的取值围，由此可以看出，k 的取值是有间断的并不连续，这种情况类似于半导体材料中的电子情况，在连续处形成能带，在间断处形成带隙，但光子与电子在色散关系上有区别。原因在光
于能量表达式E h hkc ω==，其色散关系特点是E 与k 成线关系。而电子的能量
表达式是：222h k E mE =与2k 成平方关系。这种差别如图：
图 2-1 电子与光子的能量图
§ 2．2 光子晶体波导的导光原理
如图2-2 所示的PCF 中, 存在两种截然不同的导光机制【6】. 最初提出PCF 概念的时候, 希望利用PBG 效应来导光。数值分析表明, 六边形晶格结构存在完全的二维禁带,即在一定频率围光无法在横向传播, 只有在空气孔相当大的时候(孔直径不小于孔间距的40%)禁带才会出现。当该结构中引入缺陷时, 如图2-2中的1个空气孔缺失就会在禁带中产生局域态，PCF 就有可能利用这个局域态沿着光纤方向导光。图2-2所示光纤中PCF 导光已经在实验室中实现。如果空气孔采用蜂窝状的分布结构, 会导致更宽的PBG 。光子带隙光子晶体光纤导光方式也
已经发现，采用PBG导光,除了要求较大的气孔外, 还要求较精确的气孔排列。
图2-2
第2种导光机制称为全反射结构,与普通光纤的传光方式类似, 它对空气孔排列的精确程序要求较低, 也不要求大直径的气孔。中间空气孔缺失而引起缺陷,会使中间的缺陷区域和外围的周期性区域出现有效折射率差,从而使光可以传播,中间的缺陷相当于纤芯, 而外围的周期性区域相当于包层。全反射型的导光机制已经被证实,它并不依赖于周期性结构产生的PBG。在理论上,其它类型的气孔排布也可以达到同样的功能。这种导光机制的PCF实现起来相对简单,目前大多数的研究和应用都是针对这种类型的,本文讨论的PCF特性与应用也主要以它为主。值得注意的是,如果空气孔较大,并且选择合适的晶体结构,PBG导光和全反射型导光可以共存于PCF中。由于PCF的新颖性,这里有必要区分有关概念.光子晶体指的是在一维,二维或者三维空间上介电常数周期分布的材料；PBG是指在二维或三维空间中,某一限定波长围所有的光模式都被抑制。根据上述定义, 光纤布拉格光栅(FBG)也是光子晶体,它存在阻带但不存在禁带结构,PBG只在特别设计的光子晶体中才会出现,一般光子晶体并不都具有PBG结构, 相应的也并非所有的PCF都利用PBG结构导光。
§2．3 光子带隙型光子晶体光纤的分析方法
光子带隙特征主要由光子晶体中晶格结构、介电常数的调制周期和调制深度决定的，可以通过对以上参数进行设计，找到理想的带隙结构。光子带隙是光子晶体区别于其他光学材料的最大特点，是其特殊的导光机理，电磁理论是一切分
析的基础，同时利用数值方法模拟光子带隙特性，进而优化参数，设计光子晶体己成为研究热点。目前，比较流行的计算带隙的方法有：比如有效折射率法、平面波扩展法、有限元法、时域有限差分法、多极法等等为第三章和第四章的数值模拟计算提供理论依据。其中，有效折射率法仅适用于纤芯折射率大于包层有效折射率的情况；平面波法针对周期性结构的光波导，对于折射率不规则分布的结构就无能为力；时域有限差分法分析全面，但是计算量往往非常大；有限元法应用广泛，也适用于电磁场问题的求解，是分析光子晶体光纤的一个有力工具。这些方法各有特点，除了通过有效折射率法可以得到近似的解析解之外，其他方法得到的都是数值解。
§2.3.1 有效折射率法
等效折射率法是将光子晶体光纤粗略等效为阶跃光纤，这种方法在光子晶体光纤包层空气填充率不太大，即包层和纤芯相对有效折射率差较小时，是一种很好的近似方法。并合理的略去光子晶体光纤的细节，利用几个关键的参数从整体上描述光子晶体光纤的结构特点。
图2-3 高折射率纤芯光子晶体光纤
光子晶体光纤的模式特征主要由其基模决定，因此全矢量有效折射率法是首先建立将光子晶体光纤等效为一阶跃型折射率光纤后的全矢量基模特征方程，而后类比于此特征方程可以直接得到求解包层有效折射率的矢量特征方程。在求出包层的等效折射率后再求解等效的阶跃型折射率光纤的基模特征方程得到模式的传播常数FSM 和模式的有效折射率eff n ，最后求得光子晶体光纤的波导色散和总色散。
对于光子晶体做包层，纯石英材料为纤芯的光子晶体光纤，其中的电磁场传
播常数β就满足00FSM k n ββ<<，这里0k 为自由空间波矢量。有效折射率法大大
简化了计算量，同时保证了计算的正确性。合理而有效的等效方法是简化计算，提高计算精度的关键。
§2.3.2平面波展开法
平面波展开法(plane wave expansion method)PWD [8 ]是光子晶体理论中物理概念较为清晰的一种常用方法，可以用于处理一维、二维和三维复杂的周期性结构问题。其以布洛赫（Bloch ） 原理为基础，对介电常数和电磁波进行傅立叶变换(fourier)，转换到倒易空间，将偏微分方程组转变为代数本征值方程，特征值即为不同波矢对应的归一化频率。
§2.3.3 正交函数方法
正交函数方法最初由T ．Monro 等人提出的。正交函数方法是将光子晶体光纤的横向折射率和横向电场用正交函数展开，通过直接求解Maxwell 方程得到模式场的传输常数和场分布。由于正交函数法利用了模场在光子晶体光纤中的局域性，其计算效率得到了很大的提高。使用这种方法的关键是对光子晶体光纤的横向折射率分布的表达，对光子晶体光纤横向折射率刻画得越精确，结果就越准确。但在现有模型中，包层光子晶体结构是使用周期性的余弦函数进行展开，而对于单一的中心折射率缺陷就只能用Hermite —Gassian 函数进行表示，这种模型在光子晶体光纤空气孔较小的情况下对横向折射率的表示有较高的精度，但在空气孔较大时，对中心折射率缺陷的描述会出现较大的误差。针对该问题，我们研究组的研究人员提出了超格子叠加模型，在该模型中，将含有缺陷的光子晶体结构视为两种周期性结构(PCI 、PC2)的叠加，其中PCI 表示包层区的光子晶体结构，PC2表示由中心缺陷构成的周期性结构。这样做的优势在于使得中心折射率缺陷结构也可以使用周期性的余弦函数来表示，从而增加刻画光纤横向折射率分布的精确
性，提高了模型的计算精度，然而其代价是增加了一定的计算量。
§2.3.4 时域有限差分法(FDTD)
麦克斯韦（Maxwell ）旋度方程可以写成如下的形式：
*D H t
→→∂∆=∂ （ 2－6 ） *B E t →→
∂∆=∂ （ 2－7）
时域有限差分法[9-10]由K. S. Yee 在1996年在其论文《Numerical solution of initial boundary value problems involving Maxwell's equations in isotropic media 》[K. S. Yee, IEEE Trans. Antennas Propagat. Page(s): 302-307, 1966, Volume: AP-14 ]中提出，其模型基础就是电动力学中最基本的麦克斯韦方程（Maxwell's equation ）。时域有限差分法直接求解依赖于时间的麦克斯韦旋度方程，利用二阶精度的中心差分近似，把旋度方程中的微分算符直接转化为差分形式，每一步方法无需作矩阵求逆运算，因此比其他数值方法更有效，精确度更高。
§2.3.5 多极法 多极法的公式是多芯传统光纤一种计算方法的扩展，关键是利用孔是圆形这一特点，可以非常精确地体现当微结构光纤孔任意排布时模式的对称性。它可以求解出模式传播常数的实部和虚部，根据虚部的值就可以计算出由于包层只有有限个孔而产生的束缚损耗。多极法将频率作为输入分量，输出传播常数。多极法适合于分析具有圆形孔的光子晶体光纤，显著优点是可以预算PCF 中的泄露损耗，避免产生假的双折射。它主要针对频域特性，适用于计算色散问题。但随着空气孔数量的增大，计算量和计算时间急剧增加，不适合孔数量很多的情况。
小结 通过对全反射型光子晶体光纤各种研究方法的介绍，我们可以发现上述方法各有优缺点，在实际应用中研究者应根据不同情况选取不同的方法，或者将几种方法结合运用以取得更好的效果。
第三章光子晶体光纤带隙特性分析
§3．1 光子晶体光纤的色散特性
光纤中的色散是指信号能量中的各种频率分量在传输光纤中的群速度(因而传播的时延)不同而产生的波形失真;这些分量包括基于发射波的调制和发射振荡源的光谱宽度而不同的频率分量，还有在多模传输光纤中不同传输模式的分量等等。这种在传输光纤中产生“时延失真”的现象就被称作“色散”。由不同的物理机理引起的色散有两类：波长色散和模式色散对光子晶体光纤而言，由于它可以由同一种材料制成，所以纤芯和包层可以做到完全的力学和热学匹配，使得纤芯和包层间的折射率差不会因为材料的不相容而受到限制。包层的有效折射率是波长的函数，导致光场在包层中的分布出现了新的变化，因而产生了零色散波长可调，近零超平坦色散，高负色散等不同于传统光纤的色散特性。西班牙的Ferrando等人早在2000 年就报道了他们关于近零超平坦色散的研究结果，通过选择d和Λ的值，可以在 1.52um为中心的543nm波长围得到色散D=+1ps/(nm.km)的PCF(d≈0.73um，Λ≈3.02um)；在428nm围得到
D=±0.5ps/(nm.km)的色散值(d ≈0.63um ，Λ≈2.64um)。
在纤芯中掺杂也可以改变PCF 的零色散波长，实验发现，对于空气孔直径d 为0.345μm 空气孔间距为2.3μm 的PCF ，掺杂浓度C 为7%，掺杂半径r 从0 μm 变为 0.75μm 时，零色散波长从 1.474 μm 变为 1.653μm 。当 d=0.558um ， Λ=2.62μm ,C=3% , r =1 时μm ，在 1430nm 到nm 波长围，可得到超低超平坦的色散。这种超宽带低色散的PCF 在波分复用通信系统中具有重要的应用价值。为了克服色散对通信容量的限制，可以采用适当的技术补偿光纤的色散，使色散导致的光信号的传输畸变减至最少。 补偿光纤的负色散值越大，所需要的光纤长度就越小。经过合理设计其包层的几何结构后，光子晶体光纤不但可以在单一波长下得到很大的负色散值，而且在较宽的波长围也可以取得理想的色散效果。 Birks 等人的研究表明，在 PCF 中可以实现-2000ps/(nm.km)的色散，也就是说这种光纤能够对长度为其100倍的普通光纤进行色散补偿。
§3．2无截止单模特性
在传统的阶跃光纤中，光纤的归一化频率定义为
()12220s cl V k a n n =- （3－1）
式中： s n 光纤芯层的折射率 ；cl n 光纤包层的折射率；a 光纤芯层半径 光纤的单模传输条件为0
()122
20eff s eff V k a n n =- （3－2）
式中：s n 光纤芯层的折射率； eff n 包层的有效折射率； a 光纤芯层半径
有效折射率的大小与包层的结构和传输光波的波长有关。当波长减小时，光束截面向纤芯收缩，这样就会使得有效折射率增加，导致纤芯和包层的折射率差减小，使得eff V 在波长减小时可以趋向于一个固定的值，这样就使得当波长减小时可以满足eff V <2.405，从而能维持较短波长的单模传输。适当设计包层的参数就可以在任意波长上满足单模传输条件，试验发现，对于中心缺陷一个空气孔的
PCF ，当 Λ=10μm (Λ为两相邻空气孔的中心距)，d Λ
≈0.45(d 为空气孔的直径)时，可实现单模传输；中心缺陷三个空气孔时，当Λ=6μm ， d
Λ≈0.25时，可实现单模传输。 §3．3 高双折射效应
传统的保偏光纤是基于高双折射光纤的，常采用的方法有制作非圆截面光纤、非轴对称性的纤芯折射率分布。制作高双折射光纤一般需要引入形状双折射或者应力双折射，这样会使它的工艺难度和制作成本大大增加。但是对于光子晶体光纤来说，我们可以通过改变它的包层结构参数来使其具有高双折射性。 §3．4 非线性特性
光子晶体光纤将成为最理想的第三代非线性【】的光学介质，因为它既能够保持激光的高功率密度和相互作用长度，又能够保持脉冲宽度不变。通过减小PCF 的纤芯的面积可以极增强光纤中的非线性效应。同时熔石英和空气极大的折射率差可以增强波导色散的作用，使得PCF 的零色散点可以移到1．3 。PCF 研究的一个热点就是非线性效应，以超连续光谱的产生、光孤子效应、自相位调制、交叉相位调制、四波混频、受激拉曼散射、受激布里渊散射以及频率变化的非线性特性方面的理论成果已经大大的丰富了原有非线性光纤光学的容。
第四章 设计光子带隙导光型光子晶体光纤结构
4.1 带隙型光子晶体光纤带隙结构的数值模拟
条件：“原子”为空气孔空气的折射率0.11=n ，背景材料为熔融硅，材料的折射率为46.1=n ，孔直径d ，孔间距 Λ=2.3μm ，中心纤芯充满空气，包层为空气孔和二氧化硅六角形排列结构,中心空气柱的半径R=0.6μm ，根据六角型
结构空气填充率计算公式：223f a
=， 本论文对光子带隙型光子晶体光纤进行理论模拟
【11】的软件利用了
Opti-FDTD 软件 ，理论模型如图4.1所示：
图 4－1 光子带隙导光型光子晶体光纤结构
§4.1.1 光子晶体光纤的有效折射率
有效折射率【12】是子晶体光纤的重要参数，与光子晶体的色散等其它特性密切相关。利用 OptiFDTD 软件，我们能直接得到光子晶体光纤在不同的波长时不同模式的有效折射率。
2eff n k ββλπ
=
=，β为传输常数，不同的传播常数，有不同的有效折射率。
波长变化围0.8—1.4μm，波长变化每间隔0.02μm计算基膜有效折射率。
=0.52）图4-2 基模有效折射率随波长的关系曲线图（d
Λ
由上曲线图显示：空气孔直径d和孔中心距离Λ不变时，基模有效折射率随入射波长的增大而降低。
§4.1.2 模场分布图
计算波长分别为800nm，1100nm，1300nm和1550nm的光波在六边形排列的光在晶体光纤的电场分布图。PCF采用
SiO材料打空气孔柱形成，折射率
2
=0.52，利用OPti 为n=1.46，孔间距Λ=2.3μm，空气孔直径d=1.2μm，d
Λ
-FDTD软件模拟。
a 波长λ=800nm
b 波长λ=1100nm
C 波长λ=1300nm d 波长λ=1550nm
图4-3 PCF 截面电场分布【13】
图4-3 是PCF 截面电场分布,它的横坐标是x轴，纵坐标是Y轴，越接近纤芯场强越强。计算结果表明场主要集中在纤芯区，但仍有一部分的光扩散到空气孔的包层中。经过比较发现在波长较短时，纤芯中的能量更加集中，反之则能量扩散到包层中。对不同波长的场分布模拟是，对于长波长，纤芯的场分布呈现六边形，对于短波长，纤芯的场分布呈现圆形。这说明了对于长波长，空气孔洞的排列对光子晶体光纤的场分布有更大的影响。原因是由于二氧化硅材料的折射率随着波长的变长而减小，导致包层的等效折射率减小。产生与普通光纤相似的全反射现象。
在利用全反射效应来传导光波的光子晶体光纤中，全反射的产生只是与纤芯和包层的有效折射率有关，因此通过改变孔柱的直径改变该折射率，就能对场分布产生影响。
当包层空气孔间距Λ=2.3不变，，纤芯结构对模场的影响。波长，空气孔直径分别是d=0.69， 1.2μm
d=和 1.38μm
d=,μm的截面电场分布图。
d Λ=0.3 d
Λ
=5.25
d
Λ=0.6 d
Λ= 0.7
图4-4 空气孔直径的增大时模场分布截面图
在几何结构参数相同的情况下，在空气孔间距不变的情况下，随着空气孔直
径的增大，模场就越集中在纤芯部分；当d Λ
=0.7时，光在光子带隙型光子晶体光纤中传输效率最高， 0.1d <Λ或0.7d >Λ的光子晶体光纤不易制作，d Λ超过阈值继续增大时，，包层区域的有效折射率就越小，于是纤芯与包层之间的折射率差就越大，这将加强全反射效应，更多的光波场将被限制在纤芯中。
§4.2光子晶体光纤的色散
色散特性也是光纤的一个非常重要的性能,包括材料色散、波导色散和模式色散。由于光子晶体光纤是由单一材料组成，因此材料色散是保持不变的，光纤的波导色散决定了光子晶体光纤的总色散。波导色散与光子晶体光纤的结构参量有关，因此合理设计光纤的结-构，即调整包层空气孔的尺寸d 和孔间距Λ，可以有效的控制波导色散。
§4.2.1 色散的概述
(1) 材料色散 光的波长不同，折射率n 就不同，光传输的速度也就不同。因此，当把具有一定光谱宽度的光源发出的光脉冲射入光纤传输时，光的传输速度将随光波长的不同而改变，到达终端时将产生时延差， 传输速度的不同就会引起脉冲展宽，导致光纤的色散。
(2)模式色散 模式色散又称模间色散，光纤的模式色散只存在于多模
光纤中。每一种模式到达光纤终端时间先后不同，造成了脉冲的展宽，从 而出现色散现象。
(3) 波导色散 由于光纤的纤芯与包层的折射率差很小，因此在交界面产生全反射时，就可能有一部分光进入包层之。这部分光在包层传输一定距离后，又可能回到纤芯中继续传输。进入包层的这部分光强的大小与光波长有关，这就相当于光传输路径长度随光波波长的不同而异。把有一定波谱宽度的光源发出的光脉冲射入光纤后，由于不同波长的光传输路径不完全相同，所以到达终点的时间也不相同，从而出现脉冲展宽。具体来说，入射光的波长越长，进入包层中的光强比例就越大，这部分光走过的距离就越长。这种色散是
由光纤中的光波导引起的，由此产生的脉冲展宽现象叫做波导色散。
（4）偏振模色散 指单模光纤中偏振色散，简称PM （Polarization Mode Dispersion ），起因于实际的单模光纤中基模含有两个相互垂直的偏振模11X HE 和11y HE ，沿光纤传播过程中，由于光纤难免受到外部的作用，如温度
和压力等因素变化或扰动，使得两模式发生耦合，并且它们的传播速度也不尽相同，从而导致光脉冲展宽，展宽量也不确定，便相当于随机的色散。随着传输速率的提高，该色散对通信系统的影响愈来愈明，而且越来越不可低估。
§4.2.2 PCF 的色散分析
光子晶体光纤的模式特性随波长改变很快，PCF 在很大波长围可以得到较大的色散【14】，实现反常色散，于是，人们可以实现孤立子传播、进行色散补偿和超短脉冲压缩等。
总色散与波导色散的计算公式：
()()()w m D D D λλλ=+，
22()eff w d n D c d λλλ
=-，m D 为材料色散，w D 为波导色散，eff n 为基模的有效折射率， 材料色散m D 可直接由Sellmeier （赛尔迈耶尔）方程得到。总色散随波长的变化关系如式就可以确定。
§4.2.3 色散特性曲线分析
由计算的孔间距Λ=2.3μm ，空气孔直径与空气孔间距比d Λ分别为0.3,0.4,0.5,0.6 ,0.7 ,0.8,0.9 时，总色散与波长的关系曲线如图:
引言 光子晶体光纤（PCF），又称多孔光纤或微结构光纤，以其独特的光学特性和灵活的设计成为近年来的热门研究课题。这类光纤是由在纤芯周围沿着轴向规则排列微小空气孔构成，通过这些微小空气孔对光的约束，实现光的传导。独特的波导结构，灵活的制作方法，使得PCF与常规光纤相比具有许多奇异的特性，有效地扩展和增加了光纤的应用领域，因而成为目前国际上研究的热点。在光纤激光器这一领域，PCF经专门设计可具有大模面积且保持无限单模的特性，有效地克服了常规光纤的设计缺陷。以这种具有新颖波导结构和特性的光纤作为有源掺杂的载体，并把双包层概念引入到光子晶体光纤中，将使光纤激光器的某些性能有显著改善。近年来，国外的很多大学和科研单位都在积极开展光子晶体光纤激光器的研究工作。目前，国外输出功率达到几百瓦的光子晶体光纤激光器已有报道。本文阐述了PCF的一些独特优越特性、导光原理及对光子带隙导光型光子晶体光纤的结构设计，介绍了PCF的发展以及优化设计。
第一章光子晶体光纤概述 §1．1光子带隙型光子晶体光纤的理论进展 上个世纪，随着科学技术的不断发展，电子技术几乎进入了人们生活的各个方面，人们对大规模集成电路的微型化、高效化和稳定性提出了更多、更高、更新的要求，而传统的电子技术不能满足高端前沿的发展需要。因此，人们把目光投向于光子技术，希望可以用光子取代电子来获取、传输、存储和处理信息。光子与电子相比有许多优点，光子具有极快的响应能力、极强的互连能力、极大的存储能力和极高的信息容量，但是光子不能和电子一样随意控制，这使得光通信、光器件的研究和应用难以取得进步。科学家们正努力寻找一种新型光学材料使光子能被有效控制，结果光子晶体迅速成为研究焦点。 1987年，E．Yablonovitch[1]研究在固体物理和电子学中抑制自发辐射时，提出周期性结构中某些特定频率光的传播在一个带隙被严格禁止；几乎同时S．John讨论在特定的无序介质超晶格中光子的局域性时，指出在规则排列的超晶格中引入某种缺陷，光子有可能被局限在缺陷中而不能向其它方向传播。由此提出了光子晶体的概念，指出光子带隙和光子局域是光子晶体的重要特征。直到1989年，Yablonovitch和Gmittern首次在实验上证实了三维光子带隙的存在，并指出当两种材料的折射率比足够大时，才能得到完全光子禁带，这一论断后来被广泛应用到实践中，成为得到光子禁带的重要条件。此后物理界才开始大举投入这方面的理论研究和实际应用，它完全不同于传统利用全反射理论来引导光传输，而是利用光子禁带，这样给光通讯领域带来了新的生机和活力。1999年国际权威杂志（Science）在预计所有学科研究趋势时，将光子晶体方面的研究列为未来的六大研究热点之一。 1992年，Russell提出光子晶体光纤的概：它是包层为有序排列的二维光子晶体，纤芯为破坏了包层有序排列的缺陷，光被局限在缺陷中进行传播。1996年英国的Southampton大学研制成功了世界上第一根光子晶体光纤，这项研究成果给光通信和光研究领域注入了新的活力，引起了全世界人们的普遍兴趣。接下来短短的十年间里，光子晶体光纤的研究和应用已经取得了较大的进步，并在（Science）和（Nature）杂志上多次有过相关报道，发表的论文数也是与
光子晶体毕业设计论文 光子晶体是目前在光学领域研究最为活跃和前沿的课题之一、光子晶 体是一种具有规则周期排列的介质材料，在光学性质上具有调控光子的能力。它通过改变晶体的周期性结构，使不同波长的光子在材料中传播和反 射时遵循不同的能带结构，从而实现对光子的控制。由于其在光学功能和 光子操控方面的巨大潜力，光子晶体受到了广泛的关注和研究。 光子晶体的制备可以采用多种方法，如自组装法、溶胶-凝胶法、光 刻和电子束曝光等。其中，自组装法是一种较为简单易行的制备方法，它 通过材料自身的相互吸引力或排斥力使分散在溶液中的颗粒或分子自发地 排列成规则结构。利用自组装法制备的光子晶体具有周期性结构、优秀的 光学性能和大面积可复制等优点，因此被广泛应用于光学器件和光子学领域。 在光子晶体的研究中，研究人员主要关注光子晶体对光子波动的限制 和控制。其中最重要的研究方向之一是光子晶体的带隙特性。光子晶体的 带隙是指光子在晶格结构中传播时出现的能带间隙，这种间隙会使特定波 长的光子被材料完全禁闭，从而实现对光子波的控制。带隙的宽度和位置 取决于晶体的周期性结构和折射率差异。因此，通过改变晶格结构和材料 组分，可以调控光子晶体的带隙特性，实现对特定波长光子的选择性传播。 光子晶体在实际应用中具有广泛的前景。例如，在光电子学中，光子 晶体可以作为超高速光通信器件和光波导器件的核心结构，用于实现高速 光信号传输和对光子波导的控制。在光伏领域，光子晶体可以用于光吸收 增强和光电转换效率的提高，从而实现更高效的太阳能电池。此外，光子 晶体还可以用于光学传感器、光子芯片和光学隔离器件等领域，为光学器 件的功能和性能提供新的解决方案。
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一、论文说明 本团队专注于原创毕业论文写作与辅导服务，擅长案例分析、编程仿真、图表绘制、理论分析等，论文写作300起，所有定制的文档均享受免费论文修改服务，具体价格信息联系二応⑺，同时也提供对应的论文答辩辅导。 二、论文参考题目 光学硕士毕业论文 高中物理课程关于光学内容的比较研究 倾斜多焦点Fresnel二元光学元件的优化方法和制作研究 生物组织光学特性的单积分球测量技术 射频信号光学方法处理 LED照明光学系统的设计及其阵列光照度分布研究 颗粒复合材料中的高阶非线性响应和光学双稳 金属酞菁及其衍生物的制备和光学性能 组织光学性质无损测量及在血糖检测中的应用 光学防伪油墨印刷特性的研究 LD泵浦全固态可调谐蓝光激光的研究 p- n共轭侧链型聚酰胺酸的合成及其光学性能研究 立方氮化硼光学和电学的非线性研究 折反式大视场星敏感器光学系统的设计 关于光学教学过程中若干问题的思考 六棱柱无机金属团簇化合物［W_2Ag_4S_8( PPh_3 _4］的光学非线性 Robin边界条件下光学层析成像重建算法的研究 光学自由曲面设计数据共享及软件开发 光学参量图像放大系统的成像特性研究 基于Web的光学专业数据库的信息检索 离轴三反空间光学遥感器大尺寸遮光罩的结构设计与试验验证 利用二元光学技术设计轻量化光学遥感系统
吉林大学硕士研究生毕业论文
硕士研究生毕业论文开题报告 学生姓名丁然年级2010级专业微电子学与固体电子学 指导教师姓名孙洪波职称教授 论文题目有机晶体DFB激光器微制备技术及器件性能的研究 报告正文包括： 1、题目的研究意义（400字以上）； 早在20 世纪60 年代, 人们已经开始关注有机晶体的光电行为. 1963 年, 在有机物蒽的单晶上首次发现有机物的电致发光现象; 1974 年, Avanesjan 等观察到了蒽单晶的光泵浦激光发射现象. 随着有机单晶培养技术的逐渐成熟, 研究人员获得了一些高质量、大尺寸有机单晶, 并用于一些重大物理现象的观测, 例如人们在不同有机晶体中观察到了放大自发射(ASE)现象, 使人们看到了意义更为重大的电泵激光的曙光。 激光器都包含有两种基本结构，一为光学的增益介质，它可通过受激发射，而实现光的放大；二则是光学的反馈结构，它是为辐射能在整个增益介质中重复运转，并为建立共振、相干光场，所必须具备的一种光学结构。这就称为共振腔或光学腔。共振腔既不采用镜面，亦不采用全反射的方式来实现反馈，而是采用周期性的波长-尺寸微结构，即以衍射或Bragg散射的方式来强化反馈。这种周期性的结构，可以方便地引入到平面有机半导体的波导之中，而不需有良好质量的末端平面来提供反馈。它是通过放置于有机半导体面上的周期性表面皱纹，建立起一种反射式的波导传播的模式结构，因而不需要有所谓的末端反射面。目前制作有机激光器的方法主要适用于聚合物材料。由于有机晶体易溶解、机械性脆弱，这些方法不适合这些晶体材料，亟待发展一种适合于有机晶体的谐振器制作方法。用简单方法来制备具有衍射结构的有机激光器，应认为是在这一领域中最为重要的内容。对这类激光器所用的共振器，要求有亚微米的周期性结构。对此，采用常规实验室的光刻技术是难于实现的。因此，
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吉林大学2007届校级优秀毕业论文（设计）篇目 附件 吉林大学2007届校级优秀毕业论文（设计）篇目 人文、社科学部 序号学生姓名毕业论文（设计）题目学院指导教师 1.张培吉林省企业信用信息共享体系架构研究商学院王希庆 2.于金石略论长白山旅游的深度开发商学院钟贤巍 3.徐兴基于资源类型和竞争阶段匹配的亚泰集团多元 化战略分析 商学院吕有晨 4.宋笑扬我国基金管理公司内部控制研究商学院韩慧博 5.刘李专卖店售货员情绪智力和销售业绩相关性研究商学院秦晓利 6.马丽娟动感地带与UP新势力的营销策略对比研究商学院金晓彤 7.高伟华影响中学体育与健康校本课程开发的因素分析体育学院张晓日 8.亓美健探寻中国定向运动未来发展的商业潜机体育学院袁吉 9.陈磊东北老工业基地产业结构调整：基于循环经济 视角的分析 经济学院徐传谌 10.何云帆外汇储备合理规模探析经济学院李晓 11.宋歌我国商业银行组织结构改革研究经济学院丁肇勇 12.徐迟我国农村义务教育经费保障新机制及其思考经济学院许梦博 13.赵茉借鉴发达国家经验建立我国社会保障税制度经济学院蔡雪梅 14.王紫燕美国对华投资与美国对华贸易逆差经济学院项卫星 15.苏继俊论机会不平等对我国城乡收入差距变化的影响经济学院郑贵廷
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本科毕业论文 题目：晶体结构的二维图示法 学院：物理与电子科学学院 班级：08级物理1班 姓名： 指导教师：职称： 完成日期：2012 年 05 月 04 日
晶体结构的二维图示法 摘要：在固体物理学中，我们常常需要绘制许多晶格结构图像。与绘制三维图像相比，通过绘制晶体晶格结构的二维图像的方法，可以迅速、简单地做出晶格结构图像，直观、易理解。本文首先介绍了晶体结构类型，并且一一做出其二维图示，突出展现了二维图示法在日常固体物理作图中的优势，最后利用二维图示法分析了铜的对称操作、金刚石结构的螺旋轴对称操作，进行了总结。 关键字:固体物理；晶格结构；二维；图示法；金刚石结构
目录 引言 (1) 1 晶格结构的主要类型 (1) 1.1 晶格结构的定义 (1) 1.2 晶格结构的主要类型及其三维图示 (2) 1.3 晶格结构三维图示法的利弊 (4) 2 晶格结构的二维图示法 (4) 2.1 晶格结构的二维图示法的描述 (4) 2.2 常见晶格结构的二维图示法 (5) 2.3晶格结构的二维图示法的优势 (7) 3 二维图示的应用 (7) 3.1 分析的单价金属铜的对称操作 (8) 3.2 解释金刚石晶格结构的螺旋轴 (9) 4综述 (10) 参考文献 (11)
引言 固体物理学涉及的内容在现代科学技术中有着巨大的作用，可以说近七十多年类社会的空前重大的科技进步离不开固体物理学科领域的发展。比如固体物理学使人们对固体的认识由表及里，由宏观到微观，由定性到定量，由现象到本质有了质的飞跃。例如：固体电子态理论（能带论）中对导体、半导体、绝缘体、半金属等的解释，以锗、硅等半导体材料制成半导体器件带动了集成电路、无线电子技术、计算机技术、自动控制技术空前的革新；研究出适应特殊环境特殊合金、人造金刚石，以及新的存储技术，光线通信技术等等。因此固体物理学不仅是物理类专业, 而且电子学、材料科学类等许多专业都开设了这门课程]1[。 固体物理学中常常需要绘制许多晶格结构图像，通常的画法是三维的，这样的图像直观、大方、生动、但是手绘出一个晶格结构的三维图像需要较长的时间，比较繁琐，很难做到美观的效果，并且对于晶格的对称操作、晶格点阵参数的判断比较困难，尤其是金刚石结构。通过绘制晶体晶格结构的二维图像的方法，可以迅速、简单的做出晶格结构图像，并且有利于对称操作分析、晶格点阵分析。本文首先介绍了晶体结构类型，并且一一做出其二维图示，突出了二维图示法在日常固体物理作图中的优势，最后利用二维图示法分析了金刚石结构的螺旋轴对产操作，以及体心立方、面心立方、金刚石结构晶格点阵参数。 1 晶格结构的主要类型 1.1 晶格结构的定义 固体分为晶体、非晶体、准晶体。晶体的原子（分子）是按一定的规则排列，具有长程有序性。最显著的特点是晶面有规则，对称的配置。一个理想完整的晶面，相应的晶面的面积相等。 组成晶体的原子（也包括原子实或离子）在空间中作周期性排列形成的一种格子，这种由具体原子而非抽象格点排成的格子就称作晶体格子，简称晶格。晶格结构，又称晶体结构，是原子晶体中原子排列的具体形式。原子的大小、间距可以不同，可以具有相同的晶体结构，如Cu和Ag，Ge和Si。 晶格分为简单晶格与复试晶格两类。]2[在简单晶格中，每个原胞中仅含有一个原子，此时晶格就是布拉菲格子；在复试晶格中，每个原胞含有一个以上的原子，此时晶格与布拉菲格子是不相同的。
华中科技大学文华学院 毕业设计（论文）工作记录本毕业设计（论文）题目：二维光子晶体传输特性的研究 开题日期：年月日 设计（论文）期限：自年月日 至年月日 学部：信息学部 专业班级：光信一班 学生姓名：XX 指导教师：XXX 答疑教师＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿
须知 一、工作记录本用于记载毕业设计（论文）工作的情况，是学院检查毕业设计（论文）工作进度和质量的依据。要求指导教师和学生按时间节点据实记载。第3页是学生毕业设计（论文）阶段性工作检查，由指导教师填写；第4～7页是答疑记录，记载答疑时间和问题，由学生填写；第8页是答辩资格审查。答辩时学生须向答辩委员会（或答辩小组）提交记录本，作为答辩评分的参考材料，没有记录本不得参加答辩，如果丢失要及时办理补交手续，以往记载一律不补，作为未填写处理，评分时要降分。整个毕业设计（论文）过程，指导教师要随时对学生进行检查，并在记录本的有关部分签字。记录本最后装入学生毕业设计（论文）资料袋。 二、毕业设计（论文）期间，要求学生每天出勤不少于6小时，在校外进行毕业设计（论文）或实习（调研）者，应遵守有关单位的作息时间，学生如事假（病假）必须按规定的程序办理请假手续，凡未获准请假擅自停止工作者，按旷课论处。 三、学生在毕业设计（论文）期间，要严格遵守纪律、服从领导、注意人身安全、爱护仪器设备，遵守操作规程和各项规章制度；自觉保持工作场所的肃静和清洁，严禁在工作场所干与毕业设计（论文）工作无关的事情。 四、学生要尊敬指导教师、虚心请教，并主动接受老师的随时检查。 五、学生按毕业设计（论文）工作计划和要求独立完成，在毕业设计（论文）过程中要有严谨的科学态度和朴实的工作作风，严禁抄袭和弄虚作假。 六、毕业设计（论文）成绩评定标准按五级：优秀（90～100分）、良好（80～89分）、中等（70～79分）、及格（60～69分）、不及格（59分以下）。
教学单位物理与电子信息工程系 学生学号07036124 编号 本科毕业论文（设计） 题目光纤激光器的研究进展 班级07级 学生姓名刘秀秀 专业名称物理学 指导教师李书婷 2011年 6月15日
光纤激光器的研究进展 【摘要】光纤激光器作为一种新型特殊器件具有与传统激光器无法比拟的优越特性，如寿命长、模式好、体积小、免冷却等。最近几十年来受到了来自电子信息、工业加工、生物医学工程、国防科技等领域的高度青睐。文章概述了光纤激光器的工作原理、分类及优点，对当前主要研究方向和研究现状作了详细介绍，最后提出了光纤激光器产业化的方向和前景。 【关键词】光纤激光器稀土掺杂包层超短脉冲 The research progress of fiber lasers [Abstract] : Fiber lasers ,as a new type of specially fiber ,own lots of optical properties that the traditional fiber does not do ,such as long life ,good mode ,compactness etc. In recent decades, fiber lasers have received increasingly intensive attention in the application of electronic information, industry processing , biomedicine engineering and national defense technology . The typical principle of fiber laser is illuminate and research progress about fiber laser are particular introduced . Finally, the future developmental trends for laser fiber are discussed. [Key worods]: fiber lasers rare earth doped clad ultrashort pulse
2009年6月26日 “电子与通信工程”学位分委员会会议纪要2009年6月26日上午9：00晚上10：00，“电子与通信工程”第九届学位分委员会第四次会议在微电子所302室举行。委员应到15人，上午实到12人，下午实到13 人。 出席委员名单： 林行刚、王希勤、冯正和、唐昆、周润德、刘理天、山秀明、陆建华、罗毅、 杨健、刘加、章毓晋、黄翊东 主持人：林行刚 记录人：李冬梅 会议议程和结果如下： 一、拟授学位研究生情况介绍 电子系研究生工作组组长王剑和微电子所研究生工作组组长姜汉均老师分别介绍了电子系和微电子所拟授学位研究生思想情况。所有学生无异常情况。 二、学位审查 1、审查了67名博士生的学位申请 电子系55人，11名委员的投票结果为： 51人全票通过学位审查； 2人以10票同意，1票弃权通过学位审查； 1人以9票同意，1票弃权，1票缓议通过学位审查； 1人以10票同意，1票缓议通过学位审查。 微电子所12人，12名委员投票结果为： 12人全票通过学位审查。 67名博士生的学位申请将提请校学位委员会审批。 2、审查了260名硕士生的学位申请（工学147，工程113） 电子系150人（工学125人，工程25人） 微电子所110人（工学22人，工程88人） 13名委员的投票结果为： 258人全票通过学位审查（工学147，工程111）； 2人以12票同意，1票弃权通过学位审查（工程）； 上述260名硕士生的学位申请将提请校学位委员会审批。
三、推荐参评校级优秀论文 1．优秀博士论文推荐 分委员会审查了被推荐者的材料，经讨论和无记名投票，决定推荐参评校级优秀博士 2．优秀硕士论文推荐
XXX大学本科生毕业论文 光子晶体的光子局域化分析 学院物理与电气信息工程学院专业物理学 研究方向光学 学生姓名XXXXX 学号XXXXXXXXX 指导教师姓名XXXXXXX 指导教师职称XXXX XXXX年X月XX日
摘要 首先概述了光子品体的基本理论以及发展，然后运用传输矩阵方法算出一维缺陷光子品体内缺陷模的局域场强分布，结论显示缺陷位置两边分布是低折射率的介质层的构形禁锢光的本领不如两边是高折射率的本领强。维持缺陷位置光学厚度一定的情况下，缺陷位置折射率相对于其双侧的折射率愈小，光局域本领也就愈强。当缺陷位置两旁是高折射率的介质时,所探讨的光子品体构形与出现共振米散射与布拉格散射前提相符时,相对局域化长度能获得最低值。最后简述了光子局域化的应用。 关键词：光子晶体；局域化；缺陷模；相对局域化长度 I
Abstract First outlined the basic theory and the development of photonic crystals, and then using the transfer matrix method to calculate one-dimensional photonic crystal defects in local field intensity distribution of defect modes, the conclusion shows that the localization of photons in the structure with a defect layer bordering on high refractive index layers on both sides of the defect layer is stronger than that bordered on low refractive index layers. Maintain the defect position optical thickness certain cases, On both sides of the defect location index relative to its refractive index is smaller, the photon localization is stronger. When the defect layer borders on high refractive index layers on both of its sides, and if both the resonance Bragg scattering and the resonance Mie scattering conditions are satisfied, the relative localization length can get the lowest. Finally briefly photon localization applications. Key words: photonic crystal; localization; defect mode; relative localization length. I I
目录 摘要.............................................................. I I Abstract.......................................................... I II 前言.............................................................. I V 第一章光子晶体 (1) 1.1 光子晶体简介 (1) 1.2 光子晶体的结构 (1) 1.3 光子晶体的特性 (2) 1.3.1 光子晶体具有周期性结构 (2) 1.3.2 光子晶体具有光子禁带 (3) 1.3.3 光子晶体能抑制自发辐射 (3) 1.3.4 光子晶体具有光子局域 (4) 第二章一维光子晶体的能带结构研究 (5) 2.1 研究一维光子晶体能带的方法 (5) 2.1.1 特征矩阵法 (5) 2.1.2 平面波展开法 (6) 2.2 一维光子晶体的能带结构研究 (8) 第三章一维光子晶体的特征 (11) 3.1 光子禁带 (11) 3.2 光子局域 (12) 第四章一维光子晶体光带隙性能的影响因素探讨 (15) 4.1 周期数的影响 (15) 4.2 折射率比值的影响 (15) 4.3 中心波长的影响 (16) 第五章结论 (19) 参考文献 (20) 致谢 (21)
一维光子晶体的能带结构研究 摘要 在当今世界，科学家们在不断研究大规模集成电路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，即光子晶体。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，实现对光子的控制。本论文主要对一维光子晶体的能带、禁带进行深入地研究，这对设计和制备一维光子晶体具有指导意义。本论文拟采用薄膜光学理论，分析光波在一维光子晶体中的传播特性，探讨光子晶体膜层的折射率、周期数、中心波长等对一维光子晶体光带隙性能的影响，从而为一维光子晶体的设计提供参考。 关键词：光子晶体能带结构特征矩阵法平面波展开法
郑州大学毕业设计（论文） 题目：径向偏振光的聚焦特性 指导教师：职称：讲师 学生姓名：学号： 专业： 院（系）： 完成时间： 年月日
目录 摘要------------------------------------------------------------ II 关键字--------------------------------------------------------- II Abstract---------------------------------------------------------- III 第一章引言-------------------------------------------------------- 1 1.1径向偏振光的基本特征----------------------------------------- 1 1.2径向偏振光的产生--------------------------------------------- 2 1.2.1 谐振腔的尾镜使用W锥形反射元件的方法------------------- 3 1.2.2 在腔内利用轴对称的激活介质产生径向偏振光--------------- 4 1.2.3 在腔内使用光子晶体光栅产生径向偏振光------------------- 4 1.2.4 采用相位补偿片的方法(腔外法)--------------------------- 5 1.3本章小结----------------------------------------------------- 6 第二章矢量衍射理论------------------------------------------------- 7 2.1 切趾函数---------------------------------------------------- 7 2.2 正弦条件---------------------------------------------------- 9 2.3亥姆赫兹条件------------------------------------------------- 9 2.4 Richards-Wolf矢量衍射理论---------------------------------- 10 第三章径向偏振光的聚焦特性---------------------------------------- 15 3.1轴对称矢量光的紧聚焦---------------------------------------- 15 3.2径向偏振光的表示-------------------------------------------- 16 3.3径向偏振光的聚焦及分析-------------------------------------- 17 第四章径向偏振光的应用-------------------------------------------- 18 4.1在光镊系统中的应用------------------------------------------ 18 4.2应用于光学显微---------------------------------------------- 19 4.3在金属切割中的应用------------------------------------------ 20 第五章结论-------------------------------------------------------- 23 致谢------------------------------------------------------------ 25 参考文献----------------------------------------------------------- 26