1、光子晶體自提出之日起就備受關注，其周期性的介電質結構使在其中傳播的電磁波模態(tài)具有頻帶效應，并可以導致光子帶隙的產(chǎn)生。當電磁波的頻率恰巧落在禁帶中時，電磁波將無法穿透該種介質，這種特性為有效操控電磁波行為提供了新的方法。隨著對光子晶體研究的不斷深入，人們發(fā)現(xiàn)光子晶體的導帶也有眾多妙用。由于光子晶體導帶某些特殊的色散關系的存在，在一定頻率范圍內的電磁波會表現(xiàn)出不尋常的傳播行為，如超棱鏡效應、負折射效應、自準直效應等。這些效應在光集成、高密度

2、光存儲以及高靈敏度生物傳感器等領域有著巨大的潛在應用價值。近年來，光子晶體色散特性與應用潛力的研究受到了高度重視，例如《科學》雜志選擇負折射研究為2003年的十大科技成果之一。光子晶體的發(fā)展和應用將對未來的光電技術發(fā)展會產(chǎn)生難以估量的影響。
　　雖然人們對于光子晶體及其光學特性已經(jīng)進行了大量的研究，但是這些研究大多數(shù)是針對標準類型光子晶體的，而對于其它廣義光子晶體的研究依然不夠完善。廣義光子晶體以其豐富的空間變化提供了更多的研究內

3、容。廣義光子晶體包括周期性的光子晶體、漸變光子晶體、準周期光子晶體、非晶光子晶體等。本文主要提出了幾種新型的漸變光子晶體，研究了這些光子晶體的特性，并用已知的和新提出的漸變光子晶體設計了多種光子晶體器件，利用平面波展開法和時域有限差分法進行了仿真模擬。之后利用雙光束兩次曝光法制備常規(guī)正方光子晶體，并利用制備的光子晶體提高了LED的發(fā)光效率。
　　本文的研究重點主要體現(xiàn)在以下兩個方面:
　　1.漸變光子晶體的研究
　　常

4、規(guī)光子晶體的性質研究已經(jīng)比較成熟，然而廣義光子晶體，尤其是漸變光子晶體的研究和器件設計方面依然有很大的研究空間。從第三章到第五章，主要提出了幾種新型漸變光子晶體并研究了其光學特性，設計了多種光子晶體器件。
　　在第三章中，利用輻射型漸變光子晶體設計了一種新型的光子晶體分束器。這種分束器是由關于橫軸對稱的兩個完全相同的1/4圓弧的輻射型光子晶體構成。為了提高分束器的透射率，加入了正方自準直光子晶體結構。通過增大自準直光子晶體的缺陷，

5、光子晶體分束器總的透過率得到了很大的提升。而且這種光子晶體分束器系統(tǒng)可以很方便地調節(jié)分束比。輻射型漸變光子晶體分束器在光集成方面有很大的應用潛力。
　　第四章提出了一種新型的圓形漸變光子晶體，這種新型漸變光子晶體是二維常規(guī)光子晶體的一種變形結構，并且主要考慮了這種圓形漸變光子晶體的導通性質。這種新型的圓形漸變光子晶體可以實現(xiàn)光的不對稱傳輸以及具有頻率選擇的光耦合器。由于圓形漸變光子晶體的方向禁帶，從一個方向傳播的光能夠透過光子晶體

6、，而從另一個方向傳播的光則無法通過光子晶體。我們將兩個方向透射過光子晶體的光強之差與光強之和的比定義為對比度，利用對比度來衡量光子晶體不對稱傳輸?shù)哪芰?。利用這種結構，在數(shù)值模擬上實現(xiàn)了光的不對稱傳輸，并得到了更高的對比度。由于這種圓形漸變光子晶體在特定頻率范圍內的光聚焦現(xiàn)象，透過圓形漸變光子晶體的光被匯聚到光子晶體波導中，并得到了一個很高的耦合效率。當改變圓形漸變光子晶體的參數(shù)時，透射率的峰值對應的頻率會改變，從而使光耦合器具有頻率選擇

7、效應。
　　第五章提出了一種新的漸變光子晶體結構，這種光子晶體結構不包含非線性及各向異性材料，是通過改變常規(guī)光子晶體橫向和縱向兩個方向的介質柱半徑得到的。由于正方漸變光子晶體的方向禁帶和自準直作用，從一個方向傳播的光能夠透過光子晶體，而從另一個方向傳播的光則無法通過光子晶體。利用這種結構，在數(shù)值模擬上實現(xiàn)了光的不對稱傳輸，并得到了更高的對比度。
　　2.利用雙光束兩次曝光法制備光子晶體提高LED的發(fā)光效率
　　LED以

8、其低功耗、長壽命、體積小的特點，成為綠色節(jié)能的新型照明器件，然而由于LED的光提取效率低，使LED的壽命縮短，并造成了大量的能量損耗。光子晶體作為一種提高LED發(fā)光效率的有效手段，成為了目前研究的熱門之一。全息干涉技術制備光子晶體以其制備迅速、一次成型、成本低等特點使得低成本實現(xiàn)高出光率光子晶體LED制作成為可能。
　　在第六章，提出了利用雙光束兩次曝光制備光子晶體的方法，這種方法光路簡單，易于調節(jié)，并且一次成型，以532nm可見

9、光為光源，這種光源更易獲得，并且在平臺搭建和光路調節(jié)方面更具優(yōu)勢，配制了感光波長在532nm的光刻膠，成功制備占空比為1∶1的二維正交光子晶體，并將光子晶體制作于GaN藍光LED的ITO層中，使LED的發(fā)光效率提高了20％-27％。對于光子晶體提高LED發(fā)光效率的研究仍然需要改進和完善，但這種制作光子晶體的系統(tǒng)的設計，工藝簡單，造價低廉，適合進行產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。
　　綜上所述，本文不僅提出了多種漸變光子晶體結構，研究了漸變光子晶體的光