二维空气环型光子晶体的带隙及负折射特性研究的开题报告.pdf

二维空气环型光子晶体的带隙及负折射特性研究的开题报

告

一、研究背景及意义

光子晶体是当前研究热点之一，在光电子学、光学器件设计等领域有广泛应用。

光子晶体是具有周期性介电常数或折射率的光学材料，可以形成禁带结构，使得特定

波长的光无法传播，从而具有类似于半导体的带隙特性。近年来越来越多的研究表明，

二维光子晶体中的光子流动方式与电子在半导体中的运动方式非常相似，在光子晶体

中可以实现反向传播和负折射等非常有趣的现象。

二维环型光子晶体是典型的光子晶体结构之一，具有很好的集成性和可调性，可

以用于设计各种光学器件，如滤波器、波导、集成光学元件等。因此，研究二维环型

光子晶体的光学性质对于光学器件的设计和制备具有重要的意义。

二、研究内容

本次研究计划利用计算机模拟方法研究二维环型光子晶体的带隙和负折射特性。

具体包括以下内容：

1.利用光学模拟软件对二维环型光子晶体的带隙进行计算，并研究带隙与结构参

数的关系。

2.模拟光子在二维环型光子晶体中的传播特性，研究其反向传播和负折射等现象。

3.探究环型光子晶体结构的优化设计，以实现更好的带隙和负折射特性，并为光

学器件的设计提供有益参考。

三、研究方法

1.利用计算机模拟方法，采用有限差分法、有限元法或其他电磁场数值计算方法

进行计算。

2.借助现有的光学模拟软件（如COMSOLMultiphysics、Lumerical等），进行

仿真计算分析。

3.通过变量扫描和参数优化法，确定环型光子晶体的最佳结构参数。

4.分析计算结果，总结二维环型光子晶体的带隙和负折射特性，为光学器件的设

计提供有益参考。

四、研究计划

1.第一年：学习光子晶体的基本理论和计算模拟方法；建立二维环型光子晶体模

型，研究带隙与结构参数之间的关系。

2.第二年：研究二维环型光子晶体的反向传播和负折射特性；探究电磁场在环型

光子晶体中的流动方式。

3.第三年：通过变量扫描和参数优化法，确定环型光子晶体的最佳结构参数，并

总结二维环型光子晶体的带隙和负折射特性，为光学器件的设计提供有益参考。

五、预期成果

1.研究二维环型光子晶体的带隙和负折射特性，总结影响带隙和负折射的结构参

数。

2.对二维环型光子晶体的反向传播和负折射特性进行分析，并探究电磁场在环型

光子晶体中的流动方式。

3.提出优化设计方案，以实现最佳带隙和负折射特性，并为光学器件的设计提供

有益参考。

4.撰写学位论文并发表相关论文。