一姓光名 维子晶中 体北 结大 构学 的理论研究赵凤娇中北大学分类号：O734 单位代码：10110学 号 ： s20100133中 北 大 学硕 士 学 位 论 文一 维 光 子 晶 体 结 构 的 理 论 研 究硕士研究生 赵凤娇指导教师 许丽萍学科专业 凝聚态物理年 月 日图书分类号 O734 密 级 非 密UDC 注硕 士 学 位 论 文一 维 光 子 晶 体 结 构 的 理 论 研 究赵 凤 娇指导教师（姓名、职称） 许 丽 萍 教 授申请学位级别 理 学 硕 士专业名称 凝 聚 态 物 理论文提交日期 2013 年 3 月 27 日论文答辩日期 年 月 日学位授予日期 年 月 日论文评阅人答辩委员会主席年 月 日原 创 性 声 明本人郑重声明 ： 所 呈 交 的 学 位 论 文 ， 是 本 人 在 指 导 教 师 的 指 导 下 ， 独立 进 行 研 究 所 取 得 的 成 果 。 除 文 中 已 经 注 明 引 用 的 内 容 外 ， 本 论 文 不 包 含其 他 个 人 或 集 体 已 经 发 表 或 撰 写 过 的 科 研 成 果 。 对 本 文 的 研 究 作 出 重 要 贡献 的 个 人 和 集 体 ， 均 已 在 文 中 以 明 确 方 式 标 明 。 本 声 明 的 法 律 责 任 由 本 人承担。论文作者签名： 日 期 ：关于学位论文使用权的说明本人完全了解 中 北 大 学 有 关 保 管 、 使 用 学 位 论 文 的 规 定 ， 其 中 包 括 ： 学 校 有 权 保 管 、 并 向 有 关 部 门 送 交 学 位 论 文 的 原 件 与 复 印 件 ； 学 校 可以 采 用 影 印 、 缩 印 或 其 它 复 制 手 段 复 制 并 保 存 学 位 论 文 ； 学 校 可 允 许 学位 论 文 被 查 阅 或 借 阅 ； 学 校 可 以 学 术 交 流 为 目 的 ， 复 制 赠 送 和 交 换 学 位论 文 ； 学 校 可 以 公 布 学 位 论 文 的 全 部 或 部 分 内 容 （ 保 密 学 位 论 文 在 解 密后 遵 守 此 规 定 ）。签 名 ： 日 期 ：导师签名： 日 期 ：一维光子晶体结构的理论研究摘 要光 子 晶 体 是 一 门 正 在 蓬 勃 发 展 的 新 学 科 ， 它 从 八 十 年 代 提 出 至 今 已 经 取 得 了 很 大 的成 就 ， 它 的 出 现 引 起 了 学 术 界 和 科 学 技 术 领 域 的 广 泛 重 视 。 但 是 随 着 时 间 的 推 移 ， 光 子晶 体 的 这 种 简 单 的 周 期 结 构 已 经 很 难 满 足 日 益 增 长 的 需 求 ， 于 是 有 光 量 子 阱 结 构 的 出现 。 光 量 子 阱 是 一 种 光 子 晶 体 插 到 另 一 种 具 有 不 同 能 带 结 构 的 光 子 晶 体 中 所 构 成 的 ， 由于阱区和垒区的能级不同，使得光子在光量子阱结构中的状态具有特殊的光子性能。本 文 选 择 了 一 维 光 子 晶 体 结 构 为 研 究 对 象 ， 在 此 基 础 初 上 又 研 究 了 一 维 光 子 晶 体 光量 子 阱 结 构 ， 加 以 轴 向 应 力 分 析 它 的 透 射 谱 线 的 情 况 。首 先 ， 文 中 回 顾 了 麦 克 斯 韦 方 程 组 ， 因 为 它 的 建 立 预 见 了 电 磁 波 的 存 在 并 且 为 光 子晶 体 的 出 现 打 下 了 坚 实 的 基 础 。 接 着 详 细 介 绍 了 光 子 晶 体 、 负 折 射 率 材 料 、 光 量 子 阱 和介 观 压 阻 效 应 研 究 的 国 内 外 发 展 现 状 。其 次 ， 文 中 通 过 对 麦 克 斯 韦 方 程 组 微 分 形 式 和 积 分 形 式 的 分 析 ， 推 导 出 电 磁 波 在 介质 中 传 播 时 电 场 强 度 和 磁 感 应 强 度 的 波 动 方 程 。 接 着 详 细 介 绍 了 光 子 晶 体 的 基 本 概 念 、分类、物理特征、理论分析方法、制备方法和应用。再 次 ， 文 中 根 据 光 子 晶 体 中 理 论 分 析 方 法 之 一 的 传 输 矩 阵 法 推 导 一 维 光 子 晶 体 的 传输 特 性 。 接 着 建 立 一 个 二 元 一 维 光 子 晶 体 理 论 模 型 来 分 析 它 的 反 射 谱 线 ， 通 过 保 持 一 种介 质 厚 度 不 变 ， 增 大 或 减 小 另 一 种 介 质 的 厚 度 ， 其 最 终 结 果 明 显 不 同 。第 四 ， 文 中 详 细 给 出 光 量 子 阱 的 概 念 ， 接 着 建 立 了 一 维 光 量 子 阱 结 构 的 模 型 并 且 对它 进 行 了 数 据 模 拟 和 分 析 ， 同 时 也 对 含 负 折 射 率 材 料 的 一 维 光 量 子 阱 结 构 的 透 射 特 性 进行 模 拟 和 分 析 。最 后 ， 文 中 详 细 给 出 了 应 力 和 应 变 的 概 念 和 分 类 ， 接 着 给 出 共 振 隧 穿 结 构 及 其 工 作原 理 ， 经 过 计 算 和 推 理 得 出 轴 向 应 变 对 双 势 垒 结 构 共 振 隧 穿 的 影 响 。 通 过 建 立 适 当 的 模型 计 算 和 分 析 光 子 晶 体 的 透 射 情 况 得 到 介 观 压 光 效 应 并 给 出 衡 量 这 种 效 应 的 强 弱 的 压光 系 数 。综 上 所 述 ， 本 文 是 在 介 观 压 阻 效 应 的 基 础 上 ， 建 立 适 当 的 模 型 来 计 算 和 分 析 光 子 通过 特 定 结 构 的 光 子 晶 体 的 透 射 情 况 来 得 到 介 观 压 光 效 应 。关 键 词 ： 麦克斯韦方程组，光子晶体，光量子阱，介观压光效应，透射谱线Theory research of one-dimensional Photonic Crystal structureAbstractPhotonic crystals is a thriving new field which has achieved great developments so far andcaused widespread interests.However this simple periodic structure is difficult to meet thegrowing demands,so the optical quantum-well structure is introduced.This structure consistsof plugging one photonic crystal into another one with different energy band structure makingthe state of photon have special characters due to different arrangements of wells andbarriers.This paper discusses one-dimensional photonic crystal structure and correspondingquantum-well structures and analyses the transmission spectra under axial stress.Firstly,Maxwells equations are reviewed because they foresee the existence ofelectromagnetic waves and lay a solid foundation for the appearance of photoniccrystals.Then the research situations of photonic crystals,negative refractive materials,opticalquantum wells and meso-piezoresistive effect are introduced.Secondly,through the analysis of the differential and integral form of Maxwellsequations,the electromagnetic wave equations for electric field strength and magneticinduction intensity propagating in medium are derived.Then the basicconcept,classification,physical characteristics,analysis methods,preparation and application ofPhotonic crystals are demonstrated.Thirdly,the transmission characteristic of one-dimensional photonic crystals is deducedbased on transfer matrix method and the reflection spectra are analyzed using two-parametersmodel.We found the results are significantly different when keeping the thickness of onemedium but increasing or decreasing the thickness of another one.Fourthly,the concept of optical quantum wells are given in detail.Then a theoretical modelof one-dimensional quantum structure is build.Based on this model data simulation andanalysis are made. Meanwhile transmission characteristics of one-dimensional opticalquantum well structures containing negative refractive index materials are also simulated andanalyzed.Finally,the concepts and classifications of the stress and strain are introduced and resonanttunneling structure and its principles are given.The effect of axial strain on the double-barrierresonant tunneling structure is calculated.Through the establishment of an appropriate modelthe mesoscopic transmission spectra of photonic