光子晶体量子阱的输运特性

光子晶体量子阱的输运特性

【摘要】：本文主要用R矩阵法研究了二维光子晶体量子阱的输运特性,为设计和实现具有优良性能的多频道滤波器提供了理论依据。此外,还用S矩阵研究了电子在AB环中的量子输运特性,发现含Rashba 自旋轨道耦合的三端AB环可以实现自旋极化和反转。本文的研究内容概括为:光子晶体由于具有光子禁带特性,阻止了特定频率的光的传播,可以用作光子势垒。因此,在两个光子晶体层中间插入均匀传输介质可以构造出一个光子晶体量子阱结构,其中均匀传输介质起到光子势阱的作用。我们用R矩阵法研究了用此方法构造的双光量子阱的输运特性,发现该双光量子阱的共振频率可以通过调节阱宽、势垒宽度和阱中介质来控制。该双量子阱结构可用来制作多频道滤波器。在上述工作的基础上,我们进一步研究了不同阱介质的多个光子晶体量子阱的共振隧穿效应。研究发现:在阱宽和阱中介质完全一样的多阱系统中,光子禁带区域,由于共振隧穿效应,共振峰劈裂的数目与光量子阱的数目相等;并且随着阱中介质介电常数的增大,共振峰的位置移向了低频区;当阱中引入左手介质后,发现在介电常数绝对值相等的条件下,左手介质阱的共振峰数目明显要比右手介质阱的共振峰数目少;进一步对一维光子晶体量子阱进行理论分析后得到,由介质不同和阱宽不同分别产生的共振劈裂消失不一样,前者是由光在左右手介质中传播的能流方向相反产生干涉相消而引起的,而后者是由阱宽不同,阱的本征模也不同而引起的;并且由左右手介质构成的多光量子阱的共

振频率可以通过改变阱中介质的排列顺序来控制。最后,对于含自旋轨道耦合的AB环系统,我们用S矩阵研究了电子通过该环的自旋极化输运特性。由于自旋反转透射率与Rashba自旋轨道耦合强度和磁通有关,因此可以通过调节它们来实现自旋极化和反转,为设计和实现自旋极化器和反转器提供了理论依据。【关键词】：光子晶体左手介质R矩阵介观环自旋轨道耦合

【学位授予单位】：山西大学

【学位级别】：博士

【学位授予年份】：2009

【分类号】：O734

【目录】：摘要10-11ABSTRACT11-13引言13-17参考文献15-17第一章光子晶体概述17-471.1光子晶体的概念18-201.2光子晶体的特征20-241.2.1光子禁带20-221.2.2光子局域22-241.3光子晶体的制备24-281.3.1物理方法24-261.3.2化学方法26-281.4光子晶体的应用28-331.4.1微波领域29-301.4.2光学领域30-321.4.3天线领域321.4.4传感器领域32-331.5光子晶体与电子晶体的比较33-351.6光子晶体的理论研究方法35-381.6.1平面波方法351.6.2紧束缚法351.6.3转移矩阵法35-361.6.4时域有限差分法361.6.5散射矩阵法361.6.6R矩阵法36-38参考文献38-47第二章左手介质综述47-672.1左手介质的概

念48-502.2左手介质的性质50-542.2.1反多普勒效应50-512.2.2反斯涅耳定律51-532.2.3反切伦柯夫辐射53-542.3左手介质的制作54-582.3.1周期排列的细金属导线和开口金属共振环等效法54-562.3.2分布L—C网络等效法56-582.4左手介质的应用58-642.4.1完美透镜58-602.4.2”隐身衣”60-622.4.3高指向性天线62-64参考文献64-67第三章双光量子阱的透射光谱67-833.1引言67-683.2模型和R 矩阵法68-733.3结果与讨论73-793.4结论79-80参考文献80-83第四章不同阱介质的多阱共振隧穿83-1054.1引言83-844.2模型和理论分析84-884.3结果和讨论88-984.3.1单阱和双阱中,阱介质的影响88-914.3.2光在一维光量子阱中的解析分析91-954.3.3多阱隧穿95-984.4结论98-100参考文献100-105第五章电子在自旋轨道耦合量子环中的自旋反转和极化105-1195.1引言105-1065.2模型和散射矩阵106-1105.3数值结果110-1155.4结论115-116参考文献116-119总结与展望119-121攻读博士学位期间完成的学术论文121-122致谢122-123 本论文购买请联系页眉网站。