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一维光子晶体中各向异性材料缺陷引起的连续域束缚态

摘要

近年来连续域束缚态在光子领域中完成了从理论验证至实验实现的阶段性成果，在

这其中的光子晶体和各向异性晶体是两种产生连续域束缚态的重要结构。一维光子晶体

由周期性变化的材料构成，其具有一维周期性结构和周期性衍射，因此，不同偏振光在

相同频率照射进光子晶体中时会产生不同的透过率；相比于各向同性介质，各向异性晶

体具有更加复杂的光学性质。因此综合上述两种材料特点，本文将一维光子晶体结合各

向异性晶体，进一步拓展产生连续域束缚态的方法和应用。在波导中，将一维光子晶体

和各向异性晶体结合，通过调节结构参数来实现更为复杂的光学控制和调制。

本论文的主要研究内容为：将各向异性晶体嵌入一维光子晶体作为缺陷层实现对称

保护的连续域束缚态和Friedrich-Wintgen连续域束缚态。首先利用四种材料设计两种一

维光子晶体，并通过麦克斯韦方程以及边界层的场连续条件对一维光子晶体能带进行分

析，即计算分析不同频率、不同偏振光入射光子晶体时的透过率。而后将各向异性晶体

引入一维光子晶体中作为缺陷层，当旋转各向异性晶体光轴时，系统的反射率图谱出现

了连续域束缚态。其表现形式为在反射率图谱中的Fano线性的崩溃点，这些点的频谱

位置在入射光频率处于光子晶体能带单一偏振光透射区范围中。除此以外本论文还对产

生的两种连续域束缚态进行了理论分析及品质因子验证，并对其产生条件与各向异性光

轴转角角度进行分析。

本论文研究了一维光子晶体和各向异性晶体组成的非对称结构产生连续域束缚态。

通过分析一维光子晶体在布儒斯特角处的能带特点，结合一维光子晶体在对称结构中的

作用，运用不同机制设计非对称结构实现对称保护的连续域束缚态和Friedrich-Wintgen

连续域束缚态。通过旋转各向异性晶体光轴，在系统反射率图谱中观察到上述两种连续

域束缚态。除此以外本文还研究当入射光偏离布儒斯特角、但仍位于光子晶体能带单一

偏振光透过区域内时，仍能产生两种连续域束缚态，并对此进行分析验证。本文为实现

连续域束缚态的主动调节提供了思路，非对称结构更是为铸造工艺上提供了便利。

关键词：光子晶体；各向异性材料；一维结构；连续域束缚态

一维光子晶体中各向异性材料缺陷引起的连续域束缚态

ABSTRACT

Inrecentyears,Boundstatesinthecontinuum(BICs)haveachievedsignificantprogress

fromtheoreticalvalidationtoexperimentalimplementationinthefieldofphotonics,where

photoniccrystalsandanisotropiccrystalsaretwoimportantstructuresforgeneratingBICs.

One-dimensionalphotoniccrystalsarecomposedofmaterialswithperiodicvariations,

exhibitingone-dimensionalperiodicstructuresandperiodicdiffraction.Therefore,different

polarizedlightincidentintothephotoniccrystalatthesamefrequencywillresultindifferent

transmittance.Comparedwithisotropicmedia,anisotropiccrystalshavemorecomplexoptical

properties.Therefore,bycombiningthecharacteristicsofthetwomaterials,thispaperfurther

expandsthemethodsandapplicationsofgeneratingBICs.Inthewaveguide,