材料吸收光子晶體對tm波能帶的影響研究畢業(yè)論文-全文預覽
【正文】 ca 軟件繪出了一維光子晶體 TM 波的能帶隨吸 收系數和周期厚度與頻率變化的三維立體圖，通過對三維立體圖的比對分析，得出了吸收系數對一維摻雜光子晶體的能帶的影響特征如下： 1. 雜質的 消光系數對 TM 波 的 透射峰 有顯著的影響 。 當 k= 時，頻率在 區(qū)間 反射率 峰值對應反射率下 降到約為 ，盡管還能看到光子禁帶，但已經開始變得模糊。 TM 波吸收能帶隨周期厚度和頻率變化的影響曲線（ 3D） 取定 1n =（氟化鎂）、 2n =（硫化鋅）， 當θ = 時 觀察當吸收系數 k變化的時候，反射 率 R隨周期厚度 X在（ ），頻率 g在（ ）區(qū)間的變化情況。 0101 0101 0101 0101 圖 θ =0 圖 θ = 圖 θ =1rad 圖 θ = R K g 第 12頁（共 13 頁） 當 k 逐漸增大時， TM 波在入射角 θ 為 0、 、 1rad 、 對應的透射峰峰值也都在逐漸增大。現在分別取θ =0、 、 1rad、 進行研究。 當 k=(圖 )，禁帶的反射率有所下降，其峰值約為 ，禁帶仍然明顯。 一維光子晶體 的基本結構是由兩種折射率不同的介質膜周期性排列而成 ， 這種結構使得光子晶體 在垂直于介質層方向上 的 介電常數 隨空間位置周期性變化 ，而在平行于介質層平面的方向上介電常數 則為定值 。 特征矩陣法的推導 第 8頁（共 13頁） 根據薄膜光學理論， 我們可以用 一個 2 2的 矩陣 來 表示 光在每層介質中的傳輸特性 ， 這一矩陣成為光傳播的特征矩陣。在吸收介質中傳播的光波滿足： 2? E? + 2k? E? =0 （ 2） 其解為： E? = 0E? )tsrk?(ie ????? (3) s? 為光傳播方向的單位矢量。 當在光子晶體中加入 缺陷 介質時， 光子 在其中的的傳播會發(fā)生 局域化 從而可 抑制或增強 其 自發(fā)輻射，以此特性可以運用摻雜光子晶體 制造高效率和零閥值的激光器、高品質的激光諧振腔以及高效發(fā)光二極管。 前面介紹了光子晶體的概念、光子晶體常用的研究方法，并且討論了一維光子晶體 0 . 6 0 . 8 1 . 0 1 . 2 1 . 40 . 20 . 40 . 60 . 81 . 0 圖 彈性波 缺陷模隨頻率的變化圖 1 1 0? ∕ rad 圖 7 單一界面上透射率隨入射角的響應曲線 1 1 0? ∕ rad 圖 8 光 子晶體的 全反射遂穿峰 隨入射角的響應曲線 T T 第 7頁（共 13頁） 的三個重要特性，即能帶特性、缺陷模特性、全反射隧穿特性。這一現象稱為“光子晶體的全反射隧穿效應”。入射空間和出射空間的介質也為硫化鋅。由于 硫化鋅的折射率（ ?n ）大于 氟化鎂的折射率（ ?n ），所以當光在該單一界面 上會 出現全反射現象，其全反射角為 r a dnnm .6 20/ar c s in 01 ??? 。 由上圖可見，無論對于 TE 波還是 TM 波，在圖像所示的禁帶中會突然出現一個很尖銳的突起，形成一個很窄的導帶，圖 可以更明顯的看 出，一維摻雜晶體出現的缺陷模。 通過對光子晶體的應用，我們可以人為的控制電磁波（彈性波）的傳播，同時可以利用光子晶體的禁帶研制抗電磁輻射薄膜。（如圖 所示） 由守恒定律可知：反射率 R為 1 ? ， 11 600n d nm? tI 圖 第 4頁（共 13頁） TR ??1 上式中 R為介質的反射率， T為透射率。對于 參雜光子晶體，入缺陷后可以產生光子局 域等獨特性質。第一個具有完全光子頻率禁帶的三維光子晶體是由美國貝爾通訊研究所的 Yablonovitch 創(chuàng)造，它是一種由許多面心立方體構成的空間周期性結構，也稱為鉆石結構。 n1 n2 0? 0? 第 3頁（共 13頁） 圖 二維光子晶體的空間結構 二維光子晶體在垂直于介質的方向上（兩個方向）介電常數隨空間位置周期性變化，而平行于介質桿的方向上介電常數 不隨空間位置的變化而改變 。最 簡單的一維光子晶體一般是由兩層不同折射率的介質 薄膜 交替 組成 的，一維光子晶體使得 在垂直于介質層方向上的介電常數隨空間位置周期性變化，在平行于介質層平面的方向上介電常數不會隨空間位置改變。 根據科學家的推測， 在五到十年的內，我們應該 生產出 第一個光子晶體 二極管 和 晶體管 ； 在 科學技術逐漸成熟的 十到十五年里，我們 應該 能制造出第一個光子晶體邏輯電路并 且能將他應用在我們的生活中 ；在接下來的二十五年內 光子晶體技術愈發(fā)成熟 ，由光子晶體驅動的光子計算機應該可以制造出來。 要把一個新的科學研究成果應用到現實生活中很難， 但是，光子晶體電路和裝置的未來看起來卻是確信無疑的。首先介紹了光子晶體的基 本知識和基本原理，然后通過實驗和計算機軟件分析和研究光子晶體中常用一種方法特征矩陣法對光子晶體 TM 能波影響進行了研究。這種影響就好像半導體體對電子的影響。光子晶體 最大的特點就是具有帶隙， 能夠阻斷特定頻率的光子，從而影響光子運動。結構決定性質，所以對光子晶體結構和功能的探索將為其應用的研究打下基礎，本文則是主要研究材料吸收對光子晶體 TM 波能帶影響的研究。由于這種人工光學材料具有特殊的光學性質，可能在新型光學器件中得到應用，從而引起人們的極大 興趣。 隨著社會的不斷發(fā)展， 生活質量的提高，信息化越來越重要，網絡成為了人們生活中的必須品， 光纖就扮演了這一重要角色 ，與如今 視頂盒 類似的解碼信號設備將使用光子晶體電路和裝置。 光子晶體的分類 根據 光子晶體的介質層空間
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