光子晶体理论与器件课程背景
光子晶体结构光学器件设计原理
光子晶体结构光学器件设计原理光子晶体是一种周期性的介质结构，具有特殊的光学性质。
它的设计原理是通过调控介质的周期性分布，改变光的传播特性和能带结构，从而实现对光的控制。
光子晶体结构光学器件是利用光子晶体的特性设计和制作的一类器件，广泛应用于光通信、光电显示、光电子学等领域。
光子晶体的设计离不开光的传播特性和能带结构的理解。
光子晶体中的光的传播是基于电磁波在介质中的传播原理，利用介质的周期性结构形成光的衍射效应。
在光子晶体中，光的传播受到周期性介质结构的布拉格衍射的影响，只有在特定的频率和入射角度下才能形成完全反射，这称为光子禁带。
光子晶体的能带结构则决定了在不同频率范围内光的传播特性，包括能带宽度和能带间隙。
光子晶体结构光学器件的设计原理主要包括两方面：光子禁带的设计和光的导向控制。
在光子禁带的设计方面，我们需要根据应用需求选择合适的光子晶体材料和结构参数，以实现所需的光子禁带宽度和中心频率。
光子晶体材料的选择通常依赖于其折射率差异和光学非线性特性，常见的材料包括二维光子晶体、三维光子晶体和一维光子晶体。
而结构参数包括周期、晶胞大小和形状等，可以通过调节这些参数来实现对光子禁带的调控。
光子晶体结构光学器件还需要实现对光的导向控制，包括光的传输、分束和聚焦等功能。
这需要通过设计特定的光子晶体结构，如波导、光纤和透镜等器件，来实现对入射光的控制。
光子晶体波导是一种将光引导到目标位置的器件，其通过调整波导材料的折射率和波导结构的形状来控制光的传输路径和模式。
光子晶体光纤是一种将光信号传输到远距离的器件，其内部的光子晶体结构可以实现对光信号的隔离和控制。
光子晶体透镜是一种控制光的聚焦和散射的器件，可以调整透镜材料的折射率和透镜形状来实现对光的聚焦和调整。
光子晶体结构光学器件的设计还需要考虑器件的工作波长范围、传输效率、光损耗和制作成本等因素。
其中，工作波长范围是指器件能够有效工作的光波长范围，可通过调整光子晶体材料的折射率和结构参数来实现。
光子晶体和光学器件的开发和应用
光子晶体和光学器件的开发和应用光子晶体指具有周期性介电常数结构的人工材料，是光学界的研究热点之一。
由于其具有特殊的光学性质，光子晶体在光学器件领域中具有广泛的应用前景。
本文将重点介绍光子晶体及其在光学器件中的应用。
一、光子晶体1. 发展历程电子结构中的布拉格衍射理论和晶体学的布拉格法之间存在相似性。
上世纪90年代初，Yablonovitch和John两位科学家独立地提出了将布拉格衍射理论应用于光学领域的想法，提出了光子晶体的概念。
光子晶体结构可以用正交晶格、六方晶格和非对称晶格等不同的结构来描述。
2. 基本特性光子晶体的制备及其生长是光学器件的核心问题。
光子晶体一般具有三个方向，分别为x、y、z方向。
在x、y方向上，光子晶体是均匀的，而在z方向上则具有周期性的介电常数。
因此，光子晶体对入射光的波长、入射角度和偏振状态都有很好的选择性。
光子晶体的周期性结构会在轴向上限制电磁波的运动，使之只能以某些特定波矢、即Brillouin Zone中的波矢传播。
光子晶体中的光子被限制在这些波矢中，形成了能带结构。
与普通的材料不同，光子晶体的能带结构不仅决定了光子晶体对入射光的反射和衍射，还对光子晶体内部光子的传播和发光特性产生影响。
3. 制备技术目前制备光子晶体的技术主要采用两种方法：光刻技术和自组装技术。
自组装是制备光子晶体的一种新方法，采用化学材料。
自组装方法的优点是可以根据需要进行改变，可以制备更大面积的材料并提高制备效率。
二、光学器件1. 光学波导器件光子晶体波导器件利用光子晶体内部的周期性介电常数分布，在波导结构中创造出光子进出波导和光子传播的特有通道，从而实现了各种高质量的光学功能。
光子晶体波导器件可以用于广泛的光学领域，如微纳光子学、信息处理和传输以及光通信系统等。
在高速光通信系统中，光子晶体波导器件具有高速速度和低损耗的优点，可以达到更高的传输带宽。
2. 光学滤波器件光学滤波器件是对特定波长范围内的光强度进行增强或减弱的光学器件。
光子晶体光学中的理论及应用研究
光子晶体光学中的理论及应用研究光子晶体是一种可以控制光的传播和吸收的材料，又称为光学晶体、光学超晶格或光学准晶体。
与传统晶体不同的是，光子晶体的周期性结构是微米尺度的，能够调制光子的传播速度和吸收强度。
在光子晶体中，光子的波长与周期结构的特征尺度相当，因此光子晶体不仅可以实现光子的光学调制，还可以用作滤光器、反射镜、光晶体、光波导等光学元件。
光子晶体的理论基础光子晶体的理论基础是布拉格衍射理论和布洛赫定理。
布拉格衍射理论是描述晶体中能量的传播和衍射的基本原理，而布洛赫定理是描述具有周期性结构的物质中电子的行为的基本原理。
光子晶体的周期性结构形成了禁带区间，使得只有在某些频率范围内的光子才能通过，这一特性使得光子晶体可以用作调制器、滤波器、传感器等光学元件。
同时，由于光子晶体的周期性结构具有很高的对称性，其相干光可以平行或垂直于晶体表面传输，这一特性使得光子晶体可以用作光波导、反射镜等光学元件。
光子晶体的制备方法目前，制备光子晶体的方法主要包括自组装法、光刻法、电子束曝露法、离子束刻蚀法、微力学加工法等。
自组装法是利用分子自发排列形成具有周期性结构的方法。
这种方法适用于制备微米尺度的光子晶体，但其制备成本较低，在生物医学和环境监测等领域得到广泛应用。
光刻法则是利用半导体工艺技术，在半导体芯片上制作具有周期性结构的光罩，再利用这个光罩将周期性结构转移到光子晶体材料上。
这种方法适用于制备宏观尺度的光子晶体，但其制备成本较高。
电子束曝露法、离子束刻蚀法、微力学加工法则是利用离子或电子束对光子晶体的表面进行雕刻来制备光子晶体，这些方法制备出来的光子晶体具有非常高的精度和完美度，但是制备成本较高，只适用于高端领域的应用。
光子晶体的应用光子晶体的应用非常广泛，涉及到生物医学、环境监测、能源、通讯、信息储存等诸多领域。
在生物医学领域，光子晶体可以用来制造新型的诊断和治疗设备，如光子晶体传感器、药物控释系统、光控细胞培养箱等。
光子晶体理论与器件课程背景
光子晶体理论与器件课程背景关键词：光子晶体，禁带，晶体，材料，光子学Key words: photonic crystals, band gap, crystals, materials, photonics1 光子晶体概念的历史由来光子晶体的概念首先由光子晶体的概念是在1987年分别由S. John[1] 和E. Yablonovitch[2] 各自独立提出。
20多年来，光子晶体的理论和应用研究在全世界掀起了一股热潮，取得了一系列重要进展，已经发展成为一个世人瞩目的学科。
光子晶体作为一种新型的光子器件材料，能够控制光子的运动，在提高发光二极管的发光效率，改善太阳能电池的光电转换效率，制作体积仅为光波波长的立方的数量级的微型激光器，实现无阈值激光振荡，控制原子的自发辐射，制造高增益、低损耗的天线，高增益光子频率滤波器，光子晶体空间波滤波器，光子晶体功率分配器/合成器，光子晶体相位补偿器、相移器，光子晶体偏振分离集成光路，光子晶体传感器，光子晶体负折射率器件，光子晶体自准直器件，光子晶体光束成形，光子晶体微透镜，光子晶体光脉冲压缩器件，光子晶体平板波导，光子晶体定向耦合器，光子晶体光纤，光子晶体非线性器件，光子晶体超连续谱产生，光子晶体混频器，光子晶体倍频器，光子晶体光开关，波分复用集成光路器件，光调制/解调集成光路，光二极管集成光路，光隔离器集成光路，光环行器集成光路，光子逻辑集成光路，光子存储、光子频率变换，光子信息处理，光子晶体光声器件，光子晶体光力器件、光子晶体太赫兹器件等方面均有着广泛的应用，因此引起了国际上广泛的注意。
[1-77]光子晶体的概念是根据传统的晶体概念类比而来的。
在固体物理研究中发现，晶体中的周期性排列的原子所产生的周期性电势场结构对电子会产生一个特殊的约束作用。
在这样的空间周期性电势场中的电子的运动所遵守的规律是由如下的薛定谔方程决定的：[??22m(E?V(r))]?(r,t)?0 （1） 2?其中V(r)是电子的势能函数，它具有空间周期性。
光子晶体理论、制备及其光学特性研究的开题报告
光子晶体理论、制备及其光学特性研究的开题报告一、研究背景光子晶体作为新型光学材料，具有对光波的控制和调制能力，被广泛地应用于光学与电子学领域。
其良好的光学性质使其在光通信、光传感、太阳能电池、激光器等方面具有广泛的应用前景，因此，对其理论、制备及光学特性的研究具有十分重要的理论和应用价值。
二、研究内容本研究将针对光子晶体的理论基础、制备方法和光学性能等方面开展深入研究，具体研究内容分为以下几个方面：1. 光子晶体的理论基础：研究光子晶体的基本原理和理论模型，包括晶格结构、周期性边界条件、布拉格反射等理论基础，为后续实验研究提供理论指导。
2. 光子晶体的制备方法：研究光子晶体的制备方法，包括自组装法、光刻法、离子束雕刻法等制备方法，比较不同制备方法的优缺点，并通过优化制备工艺，得到性能更稳定、结构更完善的光子晶体样品。
3. 光子晶体的光学性能研究：研究光子晶体的光学特性，包括光子带隙、光子局域化、光子聚束、非线性光学等光学性质。
通过研究光子晶体的光学特性，探究光子晶体在光学信号处理、传感、激光器等方面的应用。
三、研究意义本研究将深入探究光子晶体理论，加强对其制备方法优化的研究，并充分展示光子晶体在光学领域的应用前景，具有以下意义：1. 为光子晶体理论、制备及性质研究提供重要的理论基础和实验基础。
2. 丰富了光子晶体光学特性的认识，拓展了其在光学传感、信号处理和光学器件等方面的应用前景。
3. 加深对光子晶体制备方法和光学特性的理解，为未来光子晶体的制备和应用提供指导。
四、预期成果1. 系统地总结光子晶体的理论、制备和光学性质等相关研究内容。
2. 了解、掌握并运用研究方法，对光子晶体的制备和光学性质进行深入研究。
3. 发表有关光子晶体制备、光学性质及其在光学器件中的应用等方面的高水平学术论文，积累相关研究成果，为这一领域的发展做出贡献。
第2章 光子晶体及光子晶体滤波器的理论基础
第2章 光子晶体及光子晶体滤波器理论基础2.1 光子晶体概述2.1.1光子晶体概念光子晶体也叫光子带隙材料（PBG ）,它的概念是在1987年分别由S ．John 和E ．Yablonovitch 等人提出来的。
经过几十年的发展，光子晶体已成为人们非常关注的领域。
所谓光子晶体，是一种介电常量呈空间周期性分布的人工介质结构，它具有光子禁带，频率和能量处于禁带内的光子无法进入光子晶体内部，在光子晶体内部完全被禁止存在[12-14]。
在固体物理研究发现，晶体中的周期性排列的原子所产生的周期性电势场中的电子有一个特殊的约束作用。
在这样的空间周期性电势场中的电子运动是由如下的薛定谔方程决定的：（2.1） 其中）（r V →是电子的势能函数，它有空间周期性。
我们求解以上方程(2.1) 可以发现，电子能量Ｅ只能取某些特殊值，在某些能量区间内方程无解―― 即电子能量不能落在在这样的能量区间，通常称之为能量禁带。
研究发现， 电子在这种周期性结构中的德布罗意波长与晶体的晶格常数有大致相同数 量级。
从电磁场理论知道，在介电系数呈空间周期性分布的介质中，电 磁场所服从的规律是如下所示的Maxell 方程： ＝０，－ E 2m + 2⎪⎭⎫ ⎝⎛ψ⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛∇→→t V r r其中，0ε为平均相对介电常数，⎪⎭⎫ ⎝⎛→r ε为相对介电常数的调制部分，他 随空间位置作周期性变化，Ｃ为真空中的光速，ω为电磁波的频率，()t r E , 是电磁波的电矢量，可以看到方程式 1.1)和(1.2)具有一定的相似性。
事实上，通过对方程式(2)的求解可以发现，该方程式只有在某些特定的频率ω处才有解，而在某些频率ω取值区方程无解。
这也就是说，在介电常数呈周期性分布的介质结构中的电磁波的某些频率是被禁止的，通常 图2.1光子禁带示意图称这些被禁止的频率区间为＂光子频率禁带＂(Photonic Band Gap )，如图2.1所示，而将具有＂光子频率禁带＂的材料称作为光子晶体。
光子晶体计算与器件的开题报告
光子晶体计算与器件的开题报告
一、课题背景
光电子技术的发展已经进入晶体管级别，微型化、高速化和集成化是光电子一个重要发展方向。
光子晶体作为新型光学材料近年来受到了广泛关注，其具有较小的折射率，可以制备高品质因子谐振腔和禁带结构，可大大提高光子器件的性能，成为光电子学领域的新型研究方向。
二、研究目的
本文旨在介绍光子晶体计算和器件的研究现状和发展趋势，并结合具体案例阐述实现光子晶体模拟和器件设计的方法和过程，为后续相关研究提供参考和借鉴。
三、研究方法
本文将综合使用计算机模拟、理论分析和实验研究三种方法，通过建立光子晶体计算模型，对光子晶体的基本特性和性质进行探究，同时预测其在电子器件中的应用前景。
并尝试制备基于光子晶体的相关器件，通过实验验证其性能和可行性。
四、研究内容
1. 光子晶体基础知识
介绍光子晶体的基本特性和和基础理论，包括禁带结构、PhC谐振腔和波导等，并阐述其在光电子器件中的应用。
2. 光子晶体计算方法
介绍光子晶体的计算方法，包括常规的有限元分析、基于矩阵算法的Bloch本征模拟、代数公式计算等，并重点介绍细胞自动机方法。
3. 设计光子晶体器件
通过结合前文所述的计算方法，设计并制备针对特定光学器件的光子晶体构造，并在实验中测试其性能。
五、研究意义
本文旨在为光子晶体计算和器件研发提供指导，并对光电子学领域的发展做出贡献，提高光电子器件的性能和实际应用效果，在实现微型化、高速化和集成化的前提下，推进光电子行业的发展。
光子晶体材料与器件研究
光子晶体材料与器件研究光子晶体材料与器件研究是当今光学领域的一个热门课题，它涉及到光子晶体材料的制备、性质研究以及在光子器件中的应用等多个方面。
光子晶体材料是一种具有周期性结构的材料，其晶格尺寸与光波长相当，能够对光的传播和控制产生显著的影响。
因此，光子晶体材料被广泛应用于光通信、光传感、光子计算以及光电子学等领域。
光子晶体材料的制备是研究的第一步。
目前，常用的制备方法主要包括自组装法、溶胶凝胶法、电子束曝光法等。
自组装法是一种简单而有效的制备方法，通过控制微球或纳米颗粒的自组装过程，可以得到具有规则排列的光子晶体材料。
溶胶凝胶法则是利用溶胶凝胶过程中的相变行为来制备光子晶体材料。
电子束曝光法则是利用电子束在光敏材料上的曝光来形成光子晶体结构。
这些制备方法各有优劣，研究者们可以根据具体需求选择合适的方法。
光子晶体材料的性质研究是研究的重点之一。
光子晶体材料的周期性结构使其具有许多特殊的光学性质，如布拉格衍射、光子禁带等。
布拉格衍射是指当入射光的波长与光子晶体的晶格常数相匹配时，光子晶体会发生衍射现象，使得特定波长的光被反射或透射。
光子禁带则是指在光子晶体中存在着一段光波长无法传播的范围。
这些特殊的光学性质为光子晶体材料在光学器件中的应用提供了理论基础。
光子晶体材料在光子器件中的应用是研究的最终目标。
光子晶体材料可以用于制备各种光学器件，如光波导、光滤波器、光调制器等。
其中，光波导是一种能够将光能有效传输的器件，其基本原理是通过光子晶体材料的布拉格衍射效应来实现。
光滤波器则是一种能够选择性地传输或反射特定波长光的器件，其基本原理是利用光子禁带效应来实现。
光调制器则是一种能够对光信号进行调制的器件，其基本原理是通过光子晶体材料的非线性光学效应来实现。
这些光学器件的研究和应用为光子晶体材料的发展提供了广阔的空间。
总之，光子晶体材料与器件研究是一个具有广泛应用前景的领域。
通过制备光子晶体材料、研究其性质以及应用于光学器件中，可以实现对光的传播和控制的精确调控。
光子晶体光学器件的研究及应用
光子晶体光学器件的研究及应用引言光子晶体是一种具有周期性介电函数的材料，其能带结构可以使特定频率的光子在其中被禁止传播或形成不同的色散曲线，这使得光子晶体在光学器件领域的研究引起了广泛的关注。
光子晶体光学器件具有较高的调制效率、高速、大带宽、低耗等优点，被广泛用于光学通信、光子计算、成像以及传感等方面。
一、光子晶体的基本原理光子晶体是由两种介电常数不同的材料交替排列形成的开环结构，其具有周期性的介电函数，可以类比电晶体的晶格结构。
对于某些频率的光子，在晶体的周期结构中会发生能带禁带，被禁止在其中传播，这被称为光子禁带。
光子禁带和晶体中电子禁带的形成机理类似，只不过光子在介质中的传播速度较慢，且具有波导效应。
二、光子晶体光学器件的研究光子晶体的特殊结构使得它在光学器件领域具有广泛的应用前景，如滤波器、光开关、波导器、传感器以及激光器等。
以下介绍几种常见的光子晶体光学器件及其研究进展。
1. 光子晶体滤波器光子晶体滤波器利用光子晶体禁带结构，实现对指定波段光的滤波。
它可以是入射光与禁带相同的中投滤波器，也可以是入射光与禁带不同的边缘滤波器。
目前，光子晶体滤波器在光通信、光纤传感等领域得到了广泛应用。
研究中主要涉及滤波性能的提高、温度、光强等对滤波器性能的影响，以及在光子集成芯片等方面的应用。
2. 光子晶体波导器光子晶体波导器是将光子禁带结构应用于波导中，通过让光只沿着一个维度传播，避免了信号的扩散和漏光现象。
通过控制波导中的禁带结构，可以实现波导中的光的传输、调制以及分复用等功能。
目前研究中主要涉及波导性能的优化，如损耗的减小以及波导的调制性能的提高。
3. 光子晶体光开关光子晶体光开关是利用外界场调控光子禁带结构，实现对光的开关控制。
它通过改变光子禁带结构，使光能够进入或者退出禁带，从而实现对光的开关控制。
目前研究中主要涉及开关速度的提高、功率损耗的降低，以及光开关在光通信和光计算等方面的应用。
三、光子晶体光学器件的应用光子晶体光学器件在光学通信、光子计算、成像以及传感等领域得到了广泛的应用。
光子晶体的理论和应用
光子晶体的理论和应用光子晶体是一种具有特殊光学性质的材料，由周期性的介电常数分布组成。
光子晶体中，光的传播受到晶格周期的限制，并在特定波长范围内出现光子带隙现象，这使得光子晶体可应用于光在微纳尺度下的控制及制备等领域。
本文将从理论到应用，介绍光子晶体的相关知识。
1. 光子晶体的理论1.1 光子晶体的基本概念光子晶体是一种拥有周期性介电常数的材料，其周期在光学波长尺度上，从而影响光在其中的传播。
晶格中介电常数的周期性分布使得光的传播在一些波长范围内会受到限制，出现光子带隙。
光电子带隙类似于半导体中晶格对电子的束缚，可以使某一波长范围内的光被阻挡，而另一波长范围内的光可以自由传播。
1.2 光子晶体的制备现代物理学和化学技术提供了多种方法来制备光子晶体。
多数研究方法基于对不同材料特性的控制，以调制介电常数分布和晶格周期，从而实现光子带隙的调控。
传统的制备方式是通过化学合成或自组装技术，构建三维稳定结构，例如球型胶体、聚合物、液晶等。
相较于传统材料，它们的量子大小相当于光波长，所以可以跨越宏观和纳米尺度制备高度有序组装体；通过结构表征和光谱特征分析，可以准确制备光子晶体结构，并产生明显的光子带隙。
另一种制备方法是在硅基材料中构建光子晶体结构。
芯片上的光子晶体主要基于半导体工艺和表面微加工技术，如电子束曝光、离子束刻蚀等。
这种方式相对传统制备方式更加精确，但相应的成本也更高。
2. 光子晶体的应用由于特殊的光学性质，光子晶体在光学器件的制备、微流控和生物传感等领域拥有广泛的应用。
2.1 光子晶体光纤光子晶体光纤在实际应用中的应用领域正在不断扩展，其中一个重要的应用是高增益光放大器。
光子晶体光纤可以为光的传播提供较大的带隙，从而增强光的共振效应，提高光传输速率和端口数量。
与传统单模光纤相比，光子晶体光纤具有更宽的无损传输带宽和更低的传播损耗。
此外，光子晶体光纤还可以用于多模干涉、激光振荡、模式锁定、布拉格光栅制造等方面，具有极强的应用潜力。
光子晶体理论研究的开题报告
光子晶体理论研究的开题报告一、研究背景光子晶体是一种具有禁带结构的材料，可用于实现光子学上的一些新特性和功能，例如光子导波，光子隐身等。
目前，光子晶体的研究主要集中在制备、表征等方面，而光子晶体的理论研究相对较少，因此对于光子晶体的理论研究有着重要意义。
二、研究意义光子晶体的理论研究可以进一步理解其电磁性能和物理机制，为光子晶体的设计和应用提供理论支持。
同时，通过对光子晶体的理论研究，可为新型材料的研发和设计提供借鉴和启示。
三、研究内容本文拟研究光子晶体的禁带结构和光子导波特性。
首先，将对光子晶体的电磁性质进行分析和建模，构建相应的理论模型。
其次，利用计算机模拟方法，对各种形状和排列方式的光子晶体进行计算，探究禁带结构和光子导波特性。
最后，结合实验结果对模拟结果进行验证。
四、研究方法1. 理论分析：对光子晶体的电磁性质进行分析和建模。
2. 计算模拟：利用计算机模拟方法，对光子晶体的禁带结构和光子导波特性进行模拟和分析。
3. 实验验证：结合实验数据对光子晶体的模拟结果进行验证。
五、研究计划1. 第一年：（1）光子晶体理论基础的学习和理解；（2）建立光子晶体的电磁性质理论模型；（3）初步设计计算光子晶体的禁带结构和光子导波特性。
2. 第二年：（1）利用计算机模拟方法对光子晶体的禁带结构和光子导波特性进行模拟和分析；（2）优化模拟结果，对计算结果进行统计和分析。
3. 第三年：（1）结合实验数据对光子晶体的模拟结果进行验证；（2）撰写论文，发表相关学术论文。
六、预期成果（1）建立光子晶体的电磁性质理论模型；（2）深入理解光子晶体的禁带结构和光子导波特性；（3）探究不同排列方式和形状的光子晶体特性差异；（4）对光子晶体的理论研究提供新思路和新方法；（5）发表相关学术论文，为学术界提供研究参考。
光子晶体讲稿
S. Y. Lin et al.,Nature 394, 251 (1998)
(4) 反复以上环节以制得所需旳层数,然后再用酸将SiO2清洗掉, 即得三维周期性构造
四、光子晶体应用
1.微波领域中旳应用 2.电子计算机技术中旳应用 3.光电元件中旳应用 4. 其他方面应用
微波领域中旳应用—天线
一般天线
半导体制造技术旳措施:将电子束蚀刻,反应 离子束蚀刻,化学气相淀积等技术利用于堆积 式旳光子晶体制造.
(1) 利用电子束,激光束等在Si基上 进行蚀刻,留出一系列彼此平行旳 Si棒; (2) 再用水解等措施将Si棒之间旳 区域用SiO2进行填充,并进行表面 机械抛光; (3) 然后再用多晶Si沉积旳措施在 (2)中所得旳层上铺一层Si,以便蚀 刻与(2)中Si棒向垂直旳第二层Si 棒
r
和变动介电常数
' r
则有：k 2
r r '
2
c2
代入波动方程，可得：
2
E
r
2
c2
' r
E
r
2
c2
r
E
r
2
2
c2
' r
E r
2
c2
r
E
r
比较电子和光子（在晶体中）旳定态波动方程， 能够看出两式得相同之处：
2
c2
' r
rr
~ V r,即周期变化的介电常数相当于
一个周期势场；
都是起源于对自然界不同领 域存在类似现象旳假设开始 旳。因为宇宙万物遵照着相 同旳规律，虽然外表再怎样 旳千变万化，而内在旳规则 却是有着高度一致性。
科学家们在假设 光子也能够具有类 似于电子在一般晶 体中传播旳规律旳 基础上发展出来旳
光子晶体材料与器件的研究与发展
光子晶体材料与器件的研究与发展随着科技的不断进步，精密加工技术和微纳米技术日趋完善，光子晶体材料与器件的研究与发展逐渐成为光学界的热门话题。
光子晶体是一种结构具有光子带隙的周期性光学材料，它在光学通讯、储存、显示等领域具有广泛的应用前景。
一、光子晶体的基本概念光子晶体又称为光子带隙材料，是指一种由有序微结构单元所组成的具有周期性的折射率分布的材料。
由于它的结构具有等效的光学性质，可以产生能量与频率之间的显著相互作用，从而产生了光子带隙和光子晶体慢光现象。
光子带隙是指由结构周期性体积折射率的改变所产生的光禁带，即特定光波长无法通过此材料。
这样，就可以通过光子晶体来过滤某些光波长，改变光的传播性质，从而实现对光的控制与调制。
二、光子晶体材料的发展历程光子晶体材料的研究起源于20世纪80年代，最初只是以理论研究为主，但随着技术的进步，人们相继在实验中制备出了具有光子禁带效应的人工周期性材料，因而光子晶体材料的研究进入了实验阶段。
在90年代初，随着光子晶体传输和光子晶体放大的研究逐渐深入，其在光通信方面的应用逐渐得到认可。
随着材料学和加工技术的不断发展，光子晶体材料的制备原理，加工水平和性能指标得到了显著提高，进一步推动了光子晶体材料和器件的研究与发展。
现在，光子晶体材料已经成为一种重要的功能材料，应用范围也越来越广泛。
三、光子晶体材料和器件的应用1、光子晶体光纤光子晶体光纤是新一代通讯中心应用的重要组成部分。
光子晶体光纤具有较大的光子带隙宽度、低损耗的传输能力和大动态范围的调制能力，对于光通信的长距离传输和调制具有重要的应用价值。
2、光子晶体慢光器件光子晶体慢光器件可以更好地控制和调制光信号。
这种器件能够延长光在光子晶体内的时间滞后，使光在材料内的速度减慢，从而减少了材料中的光损耗，并增强了信号传输的稳定性和精度。
这样，光子晶体慢光器件常被用作光调制器、光放大器、光开关等光学减速器。
3、光子晶体二极管光子晶体二极管（PCD）可以用作全光开关、光控调制器等。
光子晶体材料的制备及其应用的开题报告
光子晶体材料的制备及其应用的开题报告一、研究背景在材料科学的领域中，光子晶体材料是一种具有特殊结构和性质的新型材料。
光子晶体材料是一种由周期性介质构成的材料，在其周期性结构中，介质的折射率具有周期式变化，因此能够对特定波长的光进行衍射和反射，具有色散和光子禁带等特殊性质。
与传统的半导体和金属材料相比，光子晶体具有更为复杂的结构和更为多样化的性质，因此具有更为广泛的应用前景。
二、研究目的本课题的目标是了解并掌握光子晶体材料的制备方法和特殊性质，并通过实验研究探究其在通信、传感、光学成像等方面的应用前景。
具体研究内容包括：1.了解光子晶体材料的基本结构，制备方法以及相应的特殊性质。
2.探究光子晶体材料在通信、传感、光学成像等方面的应用前景，包括其优缺点和局限性。
3.通过实验研究探究光子晶体材料在通信、传感、光学成像等方面的应用，思考材料的改进和优化，提高其性能。
三、研究内容及方法1.理论研究通过查阅文献，了解光子晶体材料的基本结构，制备方法及其独特的性质；深入探究光子禁带、低群速度和非线性光学等方面的特殊性质；分析光子晶体材料在通信、传感、光学成像等方面的应用前景。
2.实验研究采用自组装或三维打印等方法，制备具有光子晶体结构的材料；通过光谱仪、显微镜、电子显微镜等仪器对材料的结构和性质进行表征和分析；采用光学测试平台，研究光子晶体材料在通信、传感、光学成像等方面的应用特性。
四、研究意义光子晶体材料具有特殊的结构和性质，广泛应用于透明导电材料、微光源、光电探测器、光量子计算等多个领域。
通过研究光子晶体材料的制备方法和特殊性质，有助于推动材料科学领域的发展和进步，促进新型材料的发现和应用。
同时，在通信、传感、光学成像等方面的应用，光子晶体材料也可以为人们的生活和工作提供更加便捷和高效的解决方案。
光子晶体理论和制备技术
光子晶体理论和制备技术
光子晶体，也叫光子带隙材料，是一种具有高度有序结构的材料，具有一定的光学特性和电学特性，并且对光的波长或频率具
有选择性反射和传输的能力，可广泛应用于光波分析、信息存储、光电通信、传感等领域。
光子晶体的理论基础是布拉格反射定律和光子带隙理论。
布拉
格反射定律是指入射角等于反射角时，波在介质中传播时受到空
间周期性折射的现象。
光子带隙理论是指光子晶体对特定的波长
或频率的光有反射作用，对剩余波长或频率的光则有透过作用，
并且反射率可以非常高，甚至接近于100%。
制备光子晶体有多种方法，包括自组装法、溶胶-凝胶法、气相沉积法等。
其中自组装法是一种简单易行的方法，是指让颗粒自
发地在表面自组装到一定程度，形成一定的空间排布结构。
溶胶-
凝胶法是将溶胶液加热，使其蒸发形成凝胶体，通过煅烧或热处
理形成光子晶体。
气相沉积法是通过高温化学气相沉积，沉积出
一定厚度的半导体晶体。
光子晶体的应用领域非常广泛。
例如，在生物检测领域，通过
改变光子晶体的结构和成分，可以制备出高灵敏度的生物传感器，
用于检测细胞生长状态和传染病细菌感染情况等。
在光波分析领域，利用光子晶体的选择性反射能力，可以制备出高精度光纤陀螺仪等精密仪器，用于测量光波的频率、相位和强度等。
总的来说，光子晶体是一种非常重要的材料，具有广泛的应用前景和丰富的理论基础，近年来在科研和实践中得到越来越广泛的关注和应用。
光子晶体与光学器件
光子晶体与光学器件引言光学器件已经成为现代科技中不可缺少的一部分。
光学器件的发展离不开材料科学的进展。
在过去的几十年里，人们一直在追求性能更好的光学器件，并希望减小器件的体积，提高器件的效率。
然而在过去，人们只能依靠传统的材料来制造光学器件。
直到上世纪九十年代，人们才开始使用光子晶体材料来制造光学器件，这种材料的出现，给光学器件的制造带来了新的突破口。
本文将为您详细介绍光子晶体以及光子晶体材料在光学器件中的应用。
光子晶体光子晶体是一种新型的材料，它是通过在一定空间内布置周期性的折射率来实现光的周期性反射和衍射的材料。
简单来说，如果把折射率写成一系列的孔隙率，光子晶体就可以被看作是一种周期性的介质。
这样的介质结构可以用来影响光的传播方式，能够为多种光学应用提供新的解决方案。
还可以利用正交的电磁波势的相互作用，来控制光的传播，尤其在波导、过滤器等方面使用更为便捷。
可以说，光子晶体是一种微结构，将其应用在光学器件上，不仅可以显著地提高器件性能，而且可以使器件具有独特的特性。
光子晶体材料在光学器件中的应用1. 光纤通信光子晶体材料在光纤通信中的应用广泛，可以实现高效率地耦合、过滤和波导。
特别是在谐振腔和布拉格反射镜的制造中有着重要的应用。
利用光子晶体的布拉格反射镜结构，可以制造出高品质的反射器，使得注入光信号的损失降低到最低，同时也提高了光纤通信的传输速度和距离。
2. 光电子学光子晶体材料在光电子学领域中也被广泛应用。
最近，一种基于光子晶体的变焦透镜已经被发明出来，在光学成像方面有了很大的突破。
由于其非常小的体积和轻便的特点，能够在大型光学设备中登场，为光电子学技术的发展提供了重要的契机。
3. 光子晶体传感器利用光子晶体，我们可以制造出一种高度灵敏的光子晶体传感器，该传感器可以检测无线电波、流体流动等信号，并在微小的能量输入情况下实现高效的检测。
在军事、医疗等领域值得广泛应用。
结论上述几个例子只是光子晶体材料在光学器件中应用的一部分。
三维光子晶体中集成器件的设计与模拟的开题报告
三维光子晶体中集成器件的设计与模拟的开题报告
一、课题研究背景
随着国家对微电子技术的投入和发展，三维光子晶体作为一种新型光电子材料，引起了学术界的广泛关注。
与传统光学材料相比，三维光子晶体有着更加优异的光学性质，特别是在光学引导、光学滤波、光传感等领域有着广泛的应用前景。
而三维光子晶体中的集成器件设计与模拟研究，则是实现其在上述领域应用的关键。
因此，本课题旨在开展三维光子晶体中集成器件的设计与模拟研究。
二、研究内容
1、三维光子晶体基础理论知识研究
2、三维光子晶体中集成器件的设计与仿真模拟
3、对所设计的集成器件进行光学特性分析和性能测试
三、研究方法
本课题主要采用理论模拟和软件仿真的方法来进行研究，在理论分析的基础上，使用现有的光学仿真软件对集成器件的结构进行模拟，并对其光学特性进行性能评估和测试。
四、研究意义
三维光子晶体中的集成器件具有广泛的应用前景，特别在光电子领域的传感、光学存储、光通信等领域中将得到广泛应用。
本研究对于推动三维光子晶体在集成器件领域的研究和应用具有重要意义，为其在相关领域中的应用提供理论和技术支持。
(完整word版)(整理)光子晶体讲稿
光子晶体一、发展背景及历史1.1 微电子的危机今天，人类进入了信息时代，电子信息产业已成为当今全球规模最大、发展最迅猛的产业，从日常生活的电视，电话等家庭用品到工作中的电子计算机，传感器以及各种电子测试设备，无处不渗透着半导体技术的影响，可以说半导体技术正日益成为我们工作和生活中不可缺少的组成部分。
微电子技术是电子信息产业的核心技术之一（另一个是软件技术），是在半导体材料上采用微米级线度加工处理的技术。
现在电子信息技术，尤其是计算机和通讯技术发展的驱动力。
来自于半导体元器件的技术突破，每一代更高性能的集成电路的问世，都会驱动各个信息技术向前跃进。
我们今天处在一个真正的技术革命时代，而微电子技术的突飞猛进是这个革命最基础的组成部分。
微电子技术所遵循的摩尔定律指出：芯片集成度每18-24个月增长一倍，价格不变。
目前主流加工技术是8英寸硅片，0.25微米线宽。
12英寸硅片0.13微米应经批量生产。
当前，半导体技术正向着高速度，高集成化方向发展。
据国际权威机构预测，到2014年，半导体芯片加工技术将达到18英寸硅片0.035微米线宽。
当集成电路线宽达到0.1微米以下时，标志着半导体制造技术及器件、工艺理论随之全面进入纳米领域。
硅基芯片的微细加工技术将可能达到极限。
届时，微电子的基础理论、材料技术和加工技术都将遇到极大的挑战：（1）首先是芯片的发热量随着工作频率的提高而迅速增加从而使芯片无法正常工作；（2）其次是现有的加工设备已经很难再继续减小芯片内部的线宽，因而通过减小线宽的方法来提高心片的工作效率和性能遇到了很大的困难；（3）最后也是最难克服的一点，随着芯片内部结构的减小，其量子效应会非常明显，电子在芯片内部的波动效应就不可以忽略，而电子的波动所造成的量子隧穿效应直接威胁着用“1”和“0”表示“开”和“关”状态的芯片最基本的结构。
导致这一结果的原因在于半导体器件的工作载体是电子，由于电子是一种费米子，具有静止质量，同时，电子之间具有库仑相互作用，当集成度很高时，产生热效应，相互干扰，这即是“电子瓶颈”效应产生的原因。
光子晶体理论分析方法及非线性特性研究的开题报告
光子晶体理论分析方法及非线性特性研究的开题报告一、选题背景随着光学技术的不断发展，人们对光学材料的研究也越来越深入。
其中，光子晶体作为一种具有周期性结构的光学材料，在传感、光波导、激光等领域具有广泛应用的前景。
光子晶体的实现需要对其理论模型进行分析和仿真，非线性特性的研究更是光子晶体领域中的研究热点。
因此，本文选取“光子晶体理论分析方法及非线性特性研究”为研究对象，旨在探究光子晶体的理论基础及其在实际应用中所表现出的非线性特性。
二、研究内容1. 光子晶体的理论基础介绍光子晶体的基本概念、结构特点和制备方法；介绍Maxwell方程和频率域有限元法，讨论光子晶体的数值模拟方法。
2. 光子晶体的性质及表现探讨光子晶体的波导、光学谐振腔、光学超材料等性质及其在光通信等领域中的应用；通过理论分析和数值模拟计算，确定光子晶体中的能带结构、局域模和谐振腔的增益和耦合强度等关键参数。
3. 光子晶体非线性特性的研究探究光子晶体在光学非线性应用中的表现，例如光学修饰、光学调制、光学限幅、光学调制等，进而研究影响光子晶体非线性效应的因素，如光子晶体的周期、缺陷、非均匀性等。
三、研究意义1. 提高光子晶体应用性能通过对光子晶体的理论基础及其性质进行深入探究，提高光子晶体在通信、传感、光学计算等领域的应用性能。
2. 拓展光子晶体领域研究通过研究光子晶体的非线性特性，可以拓展光子晶体领域的研究方向，为光学学科的深入发展提供一定的参考。
四、研究方法本文主要采用文献资料法、数值模拟法以及实验验证法进行研究。
1. 文献资料法通过查询相关文献，了解光子晶体的研究进展和最新成果，为研究提供基础资料。
2. 数值模拟法选取光子晶体的几何形状、材料参数等为输入参数，利用有限元软件进行计算和仿真，获得光子晶体的光学特性参数。
3. 实验验证法设计实验方案，制备光子晶体样品，利用激光光谱仪等仪器进行实验验证，验证光子晶体在理论上的预测。
五、预期成果1. 理论研究系统梳理光子晶体的理论基础及其性质，在此基础上，提出光子晶体非线性特性的几个关键点，为后续的实验验证提供指导意义。
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光子晶体理论与器件课程背景关键词：光子晶体，禁带，晶体，材料，光子学Key words : photonic crystals, band gap, crystals, materials, photonics1 光子晶体概念的历史由来光子晶体的概念首先由光子晶体的概念是在1987年分别由S. John [1] 和E. Yablonovitch [2] 各自独立提出。
20多年来，光子晶体的理论和应用研究在全世界掀起了一股热潮，取得了一系列重要进展，已经发展成为一个世人瞩目的学科。
光子晶体作为一种新型的光子器件材料，能够控制光子的运动，在提高发光二极管的发光效率，改善太阳能电池的光电转换效率，制作体积仅为光波波长的立方的数量级的微型激光器，实现无阈值激光振荡，控制原子的自发辐射，制造高增益、低损耗的天线，高增益光子频率滤波器，光子晶体空间波滤波器，光子晶体功率分配器/合成器，光子晶体相位补偿器、相移器，光子晶体偏振分离集成光路，光子晶体传感器，光子晶体负折射率器件，光子晶体自准直器件，光子晶体光束成形，光子晶体微透镜，光子晶体光脉冲压缩器件，光子晶体平板波导，光子晶体定向耦合器，光子晶体光纤，光子晶体非线性器件，光子晶体超连续谱产生，光子晶体混频器，光子晶体倍频器，光子晶体光开关，波分复用集成光路器件，光调制/解调集成光路，光二极管集成光路，光隔离器集成光路，光环行器集成光路，光子逻辑集成光路，光子存储、光子频率变换，光子信息处理，光子晶体光声器件，光子晶体光力器件、光子晶体太赫兹器件等方面均有着广泛的应用，因此引起了国际上广泛的注意。
[1-77]光子晶体的概念是根据传统的晶体概念类比而来的。
在固体物理研究中发现，晶体中的周期性排列的原子所产生的周期性电势场结构对电子会产生一个特殊的约束作用。
在这样的空间周期性电势场中的电子的运动所遵守的规律是由如下的薛定谔方程决定的：0),())]((2[22=ψ-+∇t r r V E m（1） 其中)(r V 是电子的势能函数，它具有空间周期性。
求解以上方程式（1）可以发现，电子的能量E 只能取某些特殊值，在某些能量区间内该方程无解，也就是说电子的能量不可能落在在这样的能量区间，通常称之为能量禁带。
研究发现，电子在这种周期性结构中的德布罗意波长与晶体的晶格常数具有大致相同的数量级。
从电磁场理论知道，在介电系数呈空间周期性分布的介质中，电磁场所服从的规律是如下所示的Maxell 方程：0),(]))(([0222=∇∇∙-++∇t C εεω （2）其中，0ε为平均相对介电常数，)(r ε为相对介电常数的调制部分，它随空间位置做周期性变化，C 为真空中的光速，ω为电磁波的频率，),(t r E 是电磁波的电场矢量。
可以看到方程式（1）和（2）具有一定的相似性。
事实上，通过对方程式（2）的求解可以发现，该方程式只有在某些特定的频率ω处才有解，而在某些频率ω取值区间该方程无解。
这也就是说，在介电常数呈周期性分布的介质结构中的电磁波的某些频率是被禁止的，通常称这些被禁止的频率区间为“光子频率禁带”（Photonic Band Gap ）,而将具有“光子频率禁带”的材料称作为光子晶体。
我们知道，电子学和电子产业的基础是半导体技术，而半导体技术的物理基础是固体物理关于晶体中的电子的能带理论。
可以推知，光子晶体的产生会导致一门新的学科—光子晶体光子学的诞生，其主要内容是关于光子行为控制的有关理论与材料的研究，和一门新的产业—光子晶体产业的形成，它主要包括光子晶体材料及使用光子晶体材料的光子学器件的设计与生产。
2 光子晶体的产生与发展早期的光子晶体的概念完全采用与电子能带理论类比的方法，只把在三维空间各个方向上均存在光子频率禁带的材料叫作光子晶体，现多称之为三维光子晶体。
但现在这个概念已有所扩展，把在一维一个方向上具有光子频率禁带的材料称为一维光子晶体，而把在二维空间各方向上具有光子频率禁带特性的材料称为二维光子晶体。
一维和二维光子晶体在理论和实验上已趋于完善。
图1给出了一种简单的一维光子晶体结构，它是由两种介质交替叠层而成的，其中的黑色部分为一种介质，黑色与黑色之间的空间为另一种介质所填充。
这种结构在垂直于介质片的方向上介电常数是空间位置的周期性函数，而在平行于介质片平面的方向上介电常数不随空间位置而变化。
这样的光子晶体在半导体激光器中已得到了应用。
所谓的分布反馈式半导体激光器实际上就是采用一维光子晶体做谐振腔的激光器。
图1 一种简单的一维光子晶体结构示意图，它是由两种介质片交替叠层而成的，其介电常数在X 方向上呈周期性分布。
图2 给出了一种典型的二维光子晶体结构，它是由许多介质杆平行而均匀地排列而成的。
这种结构在垂直于介质柱的方向上介电常数是空间位置的周期性函数，而在平行于介X ε12 图2 一种典型的二维光子晶体结构X Y质柱的方向上介电常数不随空间位置而变化。
长波长二维光子晶体多通过上下两个带孔的薄片将细小的介质杆或金属杆固定住[3]，薄片孔的排列决定该光子晶体的结构。
而短波长二维光子晶体多采用在半导体基片上打孔的方法来制造[4]，这时图2中的圆柱介质变成了空气柱或真空圆柱，而其中圆柱体之间的空间则变成了半导体材料。
图2所示的由介质杆阵列构成的二维光子晶体的横截面是呈矩形结构排列的，如图3（a ）所示。
为了获得较宽的光子频率禁带范围，光子晶体的横断面结构还有三角形结构和石墨结构等[5-8]，分别示于图3（b ）和3（c ）中。
此外，为了获得较宽的光子频率禁带范围，还可以采用同种材料但直径大小不同的两种介质圆柱杆来构成二维光子晶体[9]，如图4所示。
图4 采用同种材料但直径不同的两种介质杆组成的二维光子晶体的横断面结构 图5 采用多层光栅构成的二维光子晶体，其中黑色部分为介质光栅，白色部分为空气图3 二维光子晶体横断面的几种结构，（a ）矩形结构，（b ）三角形结构，（c ）石墨结构（蜂窝结构）(a)(b)图8 图7所示光子晶体的光子频率禁带特性，其中的阴影代表禁带区，多面体示出了该光子晶体的一个基本单元的布里渊反射区U 3 3 1 F R E Q U E N C Y图7 E. Yablonovitch 首次发明的三维光子晶体结构，它是让活性离子束通过掩模片上的每个圆孔分三次从三个依次相差1200的方向在介质上穿孔而制成图6 最初的三维光子晶体结构除了采用圆柱介质杆构造二维光子晶体以外，W. C. Tan 等还提出了一种使用多层光栅构造二维光子晶体的方法[10]，如图5所示。
研究发现，相邻两层光栅的包络线的位相相反时，这种结构的光子频率禁带具有较大的宽度。
另外，Y. S. Chan等提出了二维准晶光子晶体，研究发现这种光子晶体也具有较大的光子频率禁带[11,12]现在我们来看三维光子晶体的发展情况。
最初人们提出的如图6所示的由两种介质的方块所构成的空间周期性结构。
这种结构的主要缺点是制造起来不容易，尤其是在短波长如毫米波长量级以下时难以实现。
第一个具有实际可行性的光子晶体结构是由爱荷华洲立大学的K. M. Ho, C. T. Chan 和C. M. Soukoulis等首先从理论上提出来的[13]。
美国贝尔通讯研究所的E. Yablonovitch则制造出了世界上第一个具有完整的光子频率禁带的三维光子晶体[14]，如图7所示，它是利用活性离子蚀刻的方法做出来的，其光子频率禁带如图8所示，该禁带宽度约为中心工作频率的20%. 它是一种由许多面心立方体构成的空间周期性结构，也称为钻石结构。
它的优点是光子频率禁带较宽。
早期这种光子晶体的工作频率多落在微波波段。
但近年来其工作波段推进到红外波段[15]。
它的缺点是，工作波长越短，则其制造变得越困难。
目前还没有找到实验上可行的方法来制造出工作于短波长、尤其是工作于可见光波段的短波长钻石结构光子晶体。
为了获得短波长光子晶体，人们提出了一些新的光子晶体构造方案[16-18]。
其中一个具有实用价值的方案采用了所谓的“逐层叠加（layer-by-layer）”方法，即用许多片二维周期性结构叠加在一起而构成一个具有三维周期性结构的三维光子晶体。
该方法最早是由E. Özbay 等人提出来的[16]。
这种“逐层叠加”方法已被人们所广泛采用。
图9给出了一个典型的逐层叠加结构的三维光子晶体。
原则上来说，这种方法为短波长三维光子晶体的制造提供了一个可行的途径。
但在短波长区域其制造工艺仍比较繁琐。
人们还提出了一种工艺上很简单的可工作于短波长的胶体晶体。
它是将直径在几十纳米到几百纳米的介质微粒均匀混入特殊溶液中而制得的。
实验上已经证实它在红外波段到可见光波段可以产生光子频率禁带[15]。
但它有两个缺点，其一是介质的介电常数对比值较小，其二是介质微粒因排列紧密而占有过大的体积，从而使得频率禁带宽度很窄小。
因此，短波长光子晶体的制造目前对人们来说仍然是一个挑战。
图9 一种典型的逐层叠加结构的三维光子晶体的一部分，它由四层组成，上下相邻同方向杆之间错开一定的位置，多个这样的部分平行叠起来就构成一个完整的三维光子晶体3光子晶体的理论研究光子晶体的理论研究主要集中在光子禁带理论和光子器件机制研究方面。
光子禁带理论包括产生光子禁带的机制，获得完全禁带、绝对禁带的方法等。
光子器件机制研究包括各种光子晶体器件的理论模型、理论分析、数字模拟等。
在光子晶体理论研究基础方法方面，有经典电磁场理论和量子力学理论。
量子力学理论适合于与光子晶体与原子相互作用系统的研究，而经典电磁场理论适合于不需要考虑原子运动细节的情况。
到目前为止，光子晶体的研究绝大部分都采用的是经典的电磁场理论。
基于经典电磁场理论的光子晶体研究中，以平面波展开方法，时域有限差分法，有限元方法，传输矩阵方法（转移矩阵方法），多重散射方法使用得最多。
4本课程的教学内容(1)Introduction(2)Fundamentals of Electromagnetic Theory of Light Waves(3)Fundamentals of the Physics of Solid Crystals(4)Photonic Crystals and their Classification(5)Theory and Simulation of Photonic Crystals (Including 1D,2D,3D; TMM, PWE, FDTD,FEM, MSM; Including RSoft software)(6)Application of Photonic Crystals(7)Fabrication of Photonic Crystals(8)Experimental System of Photonic Crystals参考文献[1]S. John, Phys. Rev. Lett. 1987, 58(23):2486-2489[2] E. Yablonovitch, Phys. Rev. Lett. 1987, 58(20): 2059-2061[3]S. Schultz and D. R. Smith, in Photonic Band Gaps and Localization, C. M. Soukoulis(ed.), Plenum Press, New York, 1997,305-316[4]T. F. Krauss and R. M. De La Rue, in Photonic Band Gap Materials, C. M. Soukoulis(ed.), Kluwer Academic Publishers, 1996, 427-436[5]M. Plihal and A. A. Maradudin, Phys. Rev. B 1991, 44(16):8565-8571[6]K. Sakoda, Phys. Rev. B 1995, 51(7):4672-4675[7]P. R. Villeneuve and M. Piché, Phys. Rev. B 1992, 46(8):4969-4972[8] F. Gadot et al., Appl. Phys. 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