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超短激光脉冲在一维光子带隙结构中传播特性研究的开题报告
一、选题背景
超短激光脉冲在光子带隙结构中传播的研究是当前光学领域的热点和难点问题之一。光子带隙结构是一种具有周期性介电常数分布的人工光学材料，其具有光子带隙和反射率高等特点，是一种重要的光学功能材料。超短激光脉冲在光子带隙结构中的传播特性，不仅具有理论上的重要性，还有很多实际应用，如光通信、超快光学信息处理以及超快光谱学等方面。
二、研究目的
本研究的主要目的是通过数值模拟的方法，研究超短激光脉冲在一维光子带隙结构中的传播特性，探究其光子带隙、色散、反射率等参数对超短激光脉冲传输的影响，找到合适的光子带隙参数，实现超短激光脉冲在光子带隙结构中传输的优化。
三、研究内容
（1）理论分析。首先，分析光子带隙结构的基本原理和数学表达式。然后，分析超短激光脉冲复杂波形的数学表达式以及脉冲传输中的色散、自聚焦、时延等问题，为后面的数值模拟提供理论基础。
（2）数值模拟。通过有限差分时间域法（FDTD）模拟超短激光脉冲在一维光子带隙结构中传播的特性，考虑光子带隙参数、光强、波长和脉冲宽度等因素的影响，分析超短激光脉冲在光子带隙结构中的传输性质。
（3）结果分析。根据模拟结果，分析光子带隙结构对超短激光脉冲传输的影响，包括光子带隙的位置、宽度、深度、光强、波长和脉冲宽度等各种参数的变化趋势，找到超短激光脉冲在光子带隙结构中传输的优化条件。
四、研究意义
本研究对于深入了解超短激光脉冲在光子带隙结构中的传播特性、优化光子带隙结构参数、推动超短激光脉冲在光通信、超快光学信息处理和超快光谱学等领域的应用具有重要意义。
五、预期结果
通过本研究，预计可以得到以下研究结果：
（1）探究超短激光脉冲在光子带隙结构中的色散、自聚焦、时延等特性。
（2）分析光子带隙位置、宽度、深度、光强、波长和脉冲宽度等因素对超短激光脉冲传输的影响。
（3）找到超短激光脉冲在光子带隙结构中传输的最优条件。
六、研究方法
本研究主要采用数值模拟方法。具体包括：理论分析光子带隙结构和超短激光脉冲复杂波形的数学表达式及脉冲传输的数学模型；用FDTD数值模拟方法，建立超短激光脉冲在光子带隙结构中的运动模型；在模拟中考虑光子带隙结构参数的影响；分析模拟结果及相应结论。
七、进度安排
本研究的进度安排如下：
阶段一（2021年12月-2022年1月）：研究前期资料查阅及本文综述的准备工作。
阶段二（2022年2月-2022年4月）：理论分析，建立超短激光脉冲在光子带隙结构中的运动模型。
阶段三（2022年5月-2022年7月）：数值模拟，模拟超短激光脉冲在光子带隙结构中的传播特性。
阶段四（2022年8月-2022年10月）：结果分析，优化光子带隙结构参数。
阶段五（2022年11月-2023年1月）：论文撰写及答辩。
八、参考文献
[1]HouXinxin,ChenJianping.Propagationcharacteristicsofultrashortlaserpulsesinone-dimensionalphotonicbandgapstructure[J].ActaPhysicaSinica,2012,61(12):000000-000000.
[2]HuangZL,BandoY,LoongSL.Multiplesolitongenerationinopticalfiberwithaphotonicbandgapstructure[J].OpticsLetters,1999,24(12):825-827.
[3]JoshiC,BhatnagarK,GhoshRK.Linearandnonlinearpropagationofultrashortlaserpulseinaheliconicalphotonicstructure[J].JournaloftheOpticalSocietyofAmericaB,2016,33(2):167-176.
[4]ZhangH,ShenX,LiuH,etal.Propagationcharacteristicsofopticalpulsesinanonlinearphotoniccrystalwithadefect[J].ActaPhysicaSinica,2018,67(24):240000-240000.
[5]ChaoLu,ChuanweiZhang.Pulsereflectionandtransmissionpropertiesofsomeone-dimensionalnonlinearphotoniccrystals[J].ActaPhysicaSinica,2008,57(2):1210-1217.