3  光子晶体特性的分析方法 9

3。1  平面波展开法 9

3。2  有限差分时域法 9

3。3  散射矩阵法 9

3。4  传输矩阵法 9

4  短波段窄带光子晶体滤波器的设计与仿真 13

4。1  滤波器的初始结构 13

4。2  短波段窄带光子晶体滤波器的设计与仿真 14

4。2。1  中间夹层厚度对滤波器特性的影响 14

4。2。2  重复周期数对滤波器特性的影响 17

4。2。3  入射角的大小对滤波器特性的影响 21

4。2。4  中心层介质材料的介电常数对滤波器特性的影响 23

4。2。5  多层缺陷的位置对滤波器特性的影响 29

结  论 33

致  谢 34

参 考 文 献 35

1  引言

最早提出利用可见光作为通信媒介的是Alexander Graham Bell，但是当时受到条件限制并不能做出具有实际意义的工作，光通信的发展始终停滞不前。直到1960年激光器的出现使得光通讯得到了迅猛发展，但水下光通信领域仍无人问津。1963年，Dimtley通过一系列研究得出了波长处于470～580nm波段内的光在海水中传播时所产生的损耗相对较小的结论[1]，从而提出了海洋中确实存在着透光窗口，这一结论对研究水下可见光通信技术具有重要的意义。本文通过利用光子晶体的各种特性设计了用于水下可见光通信的短波段窄带光子晶体滤波器，并通过对各类参数进行适当的调整，完成了对其特性的分析。

1。1  光子晶体滤波器概述

1。2  课题研究任务

本文旨在利用光子晶体具有禁带结构的特点，通过将特定缺陷掺入到其中，使禁带中出现导带，从而使频率在导带内的光能够通过，实现短波段窄带滤波器的设计。主要工作包括：

（1）对一维光子晶体的初始结构进行仿真，使该光子晶体的截止区域覆盖海水的透过窗波段，即470～580nm波段；

（2）在引入特定缺陷层后，保持其他参数不变，分别调整中心层介质材料的光学厚度、重复周期数以及入射角度，对中心层材料的光学厚度、重复周期数以及入射角度大小对滤波器传输特性的影响作出讨论；

（3）变换中心层介质的材料，对中间层介质的介电常数与滤波器传输特性之间的关系进行讨论；

（4）引入多层缺陷结构，研究多层缺陷的位置对滤波器特性的影响。

用TFCALC仿真上述结构，并归纳出相应的结论。

2  光子晶体理论基础

2。1光子晶体基本介绍

2。1。1  光子晶体的提出

光子晶体是在光波长量级上折射率呈周期性发生改变的新型人工微结构材料，这种结构早在1972年就由Bykov提出。1987年，E。Yablonovitch、S。John两人在各自工作中均表明了他们关于光子晶体的观点[9]。1989年，E。Yablonovitch和Gmittern两人首次由实验证明了确实存在三维光子带隙。在这以后，光子晶体便引发了广泛关注，更多的人愿意去了解光子晶体，并对其做出了大量的研究。1999年，对光子晶体的一系列研究入选“未来的六大研究热点”。