Теоретическое исследование особенностей дисперсионных характеристик и собственных волн, вызванных усилением или поглощением, в одно- и двумерных фотонно-кристаллических структурах

• Автор: Козина, Ольга Николаевна
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Саратов
• Количество страниц: 153 с. : ил

Содержание
1. Характеристики фотонных кристаллов и микроструктур-ных волокон (обзор литературы)
1.1 Одномерные структуры
1.2 Двумерные структуры
1.3 Усиление в фотонных кристаллах
1.4 Фотонно-кристалические волокна
^ 2. Одномерный фотонный кристалл как система связанных
волноводов
2.1 Введение
2.2 Метод расчета. Модель Кронига-Пенни
2.2.1 ТЕ поляризация
2.2.2 ТМ поляризация
2.2.3 Нормированные переменные
2.3 Одномерный ФК и многоканальный планарный волновод-
унифицированное описание
• 2.3.1 Дисперсионные характеристики
2.3.2 Седловая точка
2.3.3 Диаграмма волнового вектора
2.4 Выводы
3. Собственные волны в одномерных фотонных кристаллах с усиливающими средами
^ 3.1 Введение
3.2 Модель одномерного фотонного кристалла с усилением
3.2.1 Метод матриц передачи
3.2.2 Приближенное дисперсионное уравнение
3.2.3 Идентификация усиления и затухания (теория неустойчивости)

3.3 Дисперсионные характеристики одномерного фотонного кристалла с усилением
3.4 Выводы
4. Усиление и непропускание собственных волн в двумерных фотонных кристаллах с активными средами
4.1 Введение
4.2 Расчет дисперсионных характеристик двумерного фотонного кристалла
4.3 Исследование поведения корней двумерного фотонного кристалла с усилением
4.4 Выводы
5. Основные характеристики и усиливающие свойства одномерных фотонных кристаллов конечных размеров при наличии усиления
5.1 Введение
5.2 Характеристики единичного резонатора
5.3 Фотонный кристалл конечного размера, содержащий усиливающие слои
5.3.1 Отражение и пропускание одномерных фотонных кристаллов, имеющих конечный размер, при наличии усиливающих слоев
5.3.2 Поведение поля в фотонном кристалле конечного размера
5.3.3 Эффективное усредненное усиление
5.3.4 Сопоставление результатов полученных для бесконечных и конечных фотонных кристаллов
5.3.5 Условие генерации

5.3.6 Фотонный кристалл, содержащий тонкие слои металла
5.4 Выводы

периментальном наблюдении и в результате расчета с использованием метода матриц передачи [92]. По утверждению авторов [20], получено почти стопроцентное пропускание для указанной структуры. Таким образом, в результате этого исследования, сделаны следующие выводы: 1) отмечено увеличение спонтанной эмиссии на краю полосы связанного резонатора; 2) значительное увеличение спонтанной эмиссии было достигнуто для широкого диапазона длин волн; 3) вблизи края фотонной запрещенной зоны спонтанная эмиссия осцилирует.
Полученные результаты могут быть использованы в оптоэлектронных устройствах, таких как светоизлучающие устройства высокой яркости, основанные на широкополосных связанных резонаторах. Более того, способность изменять и моделировать спонтанную эмиссиию активной среды может найти применение при конструировании высокоэффективных светоизлучающих диодов и плоскоэкранных дисплеев на их основе.
Как известно, дисперсионные зависимости собственных волн в фотонно-кристаллических структурах существенно отличаются от дисперсионных зависимостей собственных волн в однородных материалах [3]. Наличие усиления или поглощения в материале, из которого изготовлен фотонный кристалл меняет характеристики распространения волны в кристалле, при этом может наблюдаться также усиление или поглощение.
На пути изучения возможностей создания низкопорогового лазера, предпринята попытка оценить коэффициент усиления излучения в произвольном фотонном кристалле аналитически [23]. В работе [23] проведена оценка усиления, базирующаяся на расчетах усиления при генерации суммарной частоты [118]. Согласно результатам этого исследования, коэффициент усиления излучения обратно пропорционален групповой скорости. Таким образом, согласно работам [23, 24] наличие активных атомов в фотонно-кристаллической структуре ведет к усилению, которое