光子晶体材料在集成光学和光伏中的应用

目  录

第一章 光子晶体材料基础 8
第一节 光子晶体材料介绍 8
一、光子晶体的概念 8
二、光子晶体中特殊的光传输现象 10
三、光子晶体材料的应用 11
第二节 光子晶体材料的能带工程 11
一、光子晶体的禁带工程 11
二、光子晶体带边(band-edge)工程 15
三、光子晶体的允带工程 16
四、能带工程展望 19
第三节 基于光子晶体的光集成发展现状和存在的主要问题 20
第二章 光子晶体的设计理论 22
第一节 平面波展开法 23
一、本征值方程 23
二、Bloch理论 25
三、本征值求解 25
四、算法举例 27
五、色散曲线分析 29
六、光子晶体中电磁场传输性质 30
第二节 传递矩阵法 34
一、一维光子晶体结构 34
二、传递矩阵的推导 35
三、计算实例 38
第三节 时域有限差分法（FDTD）法 39
一、Maxwell方程 39
二、差分方程 40
三、FDTD算例 45
第三章 一维光子晶体性质研究 48
第一节 一维光子晶体的能带性质 48
一、一维光子晶体的带宽 48
二、一维光子晶体禁带简并分析 51
三、一维光子晶体全方向反射镜 52
第二节 一维光子晶体高阶禁带的特点 53
一、 通讯波段禁带边缘的收敛特性 54
二、 一维光子晶体高阶禁带的宽度和分布特点 55
三、 一维光子晶体高阶禁带的容差特点 56
第三节 一维光子晶体缺陷态分析 57
一、 单缺陷层的透射谱性质 57
二、 多缺陷层的透射谱性质 58
三、 缺陷能级的简并性质 61
本章小结 64
第四章 二维光子晶体性质研究 65
第一节 二维光子晶体能带结构优化 65
一、 通过改变格点形状获得完全禁带 65
二、 格点形状改变对二维光子晶体能带结构的影响 68
三、 复式格点的色散曲线特点 72
第二节 电磁场传输方向与二维光子晶体能带间的关系 80
一、 波矢在周期性平面内二维光子晶体的色散性质 81
二、 波矢偏离周期性平面对二维光子晶体色散曲线的影响 82
三、 波矢偏离周期性平面对不同填充比二维光子晶体的禁带影响 85
四、 色散曲线对光在光子晶体中传输方向的影响 86
本章小结 89
第五章 光子晶体制作方法 90
第一节 精密加工法 90
一、 机械加工法 90
二、 层层叠加技术(Layer-by-1ayer) 91
三、 光刻技术 92
四、 纳米压印技术 95
五、 光学方法 97
六、 其它方法 99
第二节 自组装法 99
一、常用自组装方法 99
二、自组装方法的一般过程 101
三、自组装的主要特点 102
四、 三维光子晶体中人工缺陷的制作 103
五、自组装方法的展望 104
第六章 集成光学用光子晶体器件 106
第一节 集成光学简介 106
一、 集成光学的基本技术途径 106
二、 集成光学对材料的要求 107
三、 光集成的发展方向 108
第二节 高阶禁带的性质研究 109
一、 实验方法 110
二、 高阶禁带性质研究 112
第三节 高阶禁带宽带滤波器设计 115
一、 高阶禁带设计 115
二、 实验方法 116
三、 结果和分析 117
第四节 反射式窄带滤波器设计 121
一、 正弦振荡以微扰的形式叠加在多层结构中各层的光学厚度上 122
二、 正弦振荡对多层结构中各层的光学厚度进行调制 123
第五节 光子晶体带阻滤波器讨论 126
一、 理论设计 126
二、 试验过程 127
三、 结果和分析 128
本章小结 132
第七章 光子晶体在晶硅电池陷光结构中的应用 133
第一节 晶硅太阳能电池发展状况及趋势 133
一、 晶体硅太阳能产业发展现状 134
二、 晶硅太阳电池发电成本分析 135
三、 晶硅电池技术的未来发展趋势 141
第二节 超薄晶硅太阳电池上表面陷光结构研究 148
一、 一维光子晶体结构研究现状 149
二、 超薄晶硅电池的上表面陷光结构要求 150
三、 基于一维光子晶体材料的超薄晶硅太阳电池上表面陷光结构设计 152
四、 上表面陷光效果评估 155
第三节 基于一维光子晶体陷光的超薄晶硅太阳电池研究 157
一、 结构模型和陷光效果评估方法 158
二、 不同厚度晶硅电池的光吸收情况 159
三、 一维光子晶体表面织构优化 159
四、 电池性能评估 160
本章小结 161
参考文献 162