材料吸收光子晶體對(duì)tm波能帶的影響研究畢業(yè)論文(存儲(chǔ)版)
【正文】 ，邊緣也越來(lái)越模糊。 TM 波吸收能帶隨頻率變化的影響曲線（ 2D） 取定 1n =（氟化鎂）、 2n =（硫化鋅）、入射角θ =，觀察消系數(shù) k在 0、 、 R隨頻率 g的變化情況。但是，由（ 2）式和（ 3）式可知：在吸收介質(zhì)中光波滿足的方程和對(duì)應(yīng)的解與透明介質(zhì)中光波滿足的方程和對(duì)應(yīng)的解在形式上是完全相同的，只不過(guò)是將復(fù)波數(shù) k? 代替了波數(shù) k 。因此光子晶體在光信號(hào)傳輸以及光信號(hào)控制方面有著廣泛的應(yīng)用前景。 計(jì)算出光入射該一維光子晶體時(shí) 其透射率隨入射角的響應(yīng)曲線，如圖 8。 光子晶體的全反射隧穿性質(zhì) 一維光子晶體的 全反射隧穿現(xiàn)象是最近兩年發(fā)現(xiàn)的新現(xiàn)象。 對(duì)一維光子晶體的透射率研究我們會(huì)得出如下圖 所示的情況： 我們定義在光子晶體中，透射率 T=0 的范圍為光子晶體的禁帶；透射率 0的范圍為光子晶體的導(dǎo)帶。 光子晶體最重要最根本的特性便是具有禁帶和導(dǎo)帶 。 二維光子晶體是指在二維空間各方向上具有光子頻率禁帶特性的材料，它是由許多介質(zhì)桿平行且均勻地排列而成的。在這些應(yīng)用中 ， 高效光子晶體激光發(fā)射器和高亮度的發(fā)光二極管 將會(huì)占很大的比重 。光子晶體的出現(xiàn)使信息技術(shù)的某些方面的技術(shù)的微型化和集成化變成了可能。所以對(duì)光子晶體的研究和探索是有著廣闊的前景，人們對(duì)光子晶體的“期望”非常大。 如果在短期內(nèi)， 光子晶體的基本應(yīng)用 材料 會(huì)在市場(chǎng)上出現(xiàn) ，將勢(shì)必有很大的商業(yè)前景 。一維光子晶體結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，容易于制備，研究方便，具有較強(qiáng)的代表性，且應(yīng)用十分廣泛，如法布里 珀羅腔光學(xué)多層的增反 /透膜等。 光子晶體的特性及應(yīng)用 光子晶體誕生后，在很短的時(shí)間內(nèi)迅速發(fā)展為光學(xué)研究的熱門。下圖 所示為單層介質(zhì)對(duì)于不同波長(zhǎng)的光波的透射情況。 1d 2d 3d 圖 一維摻雜光子晶體 1n 2n 1n 2n 3n 2n 1n 2n 1n 圖 TE波 缺陷模隨入射角和入射波長(zhǎng)變化的立體圖 圖 TM波 缺陷模隨入射角和入射波長(zhǎng)變化的立體圖 01q 0?rad500550600650l?nm01T 01q 0?rad500550600650l?nm01T 第 6頁(yè)（共 13頁(yè)） 由以往研究文獻(xiàn)資料可知：一維摻雜光子晶體缺陷模的頻率由所摻雜的介質(zhì)的厚度3d 決定，缺陷模的頻率寬度由厚度 3d 和 介質(zhì)膜折射率 3n 共同決定。這種情況下光入射該一維光子晶體時(shí)，其其全反射角為 r a dnnm .6 20/ar c s in 01 ??? 。利用光子晶體的這些重要性質(zhì)可以有效地控制光子的傳輸。結(jié)合（ 1）式有： E? = 0E? )tsr(isrnc ee ???? ???? ??? （ 4） 由（ 4）式可知，吸收介質(zhì)中傳播的光波是衰減波。 本文著重研究簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的一維光子晶體，其結(jié)構(gòu)是由折射率分 別為 1n 和 2n 的兩種材料交替組成，厚度分別為 1d 和 2d ，一個(gè)周期的厚度為d = 1d + 2d ，這一結(jié)構(gòu)與多層介質(zhì)膜相同，空間折射率為 0n ，當(dāng)光波垂直于光子晶 體界面入射時(shí)，如圖 所示： 當(dāng)光在其中傳播時(shí)，將會(huì)出現(xiàn)禁帶和導(dǎo)帶，這就是簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的一維光子晶體的基本光傳播特性，也是本文的研究重點(diǎn)。 1 1 圖 k= 圖 k= 1 1 第 11頁(yè)（共 13 頁(yè)） 分析上圖可知 當(dāng) ? =0（無(wú)吸收）時(shí) ,TM 波在入射角 θ 為 0、 、 1rad 、 對(duì)應(yīng)的反射率都 為 1，都出現(xiàn)了一級(jí)禁帶?，F(xiàn)在分別取 k=0、 、 、 進(jìn)行研究。 吸收 系數(shù) K=0，即無(wú)吸收狀態(tài)時(shí)，透射最為明顯 ,反射率為 R=1，出現(xiàn)了一級(jí)禁帶，外形類似長(zhǎng)方形，禁帶邊緣波形較為明顯且對(duì)稱。所以 ， 在利用一維光子晶體制備各種光學(xué)器件時(shí) ， 必須要考慮雜質(zhì)吸 光子 這一重要的因素 ，選擇光子晶體材料也要盡量選擇吸收系數(shù)較小的，盡量避免雜質(zhì)吸收光子帶來(lái) 較大的 影響 。 消光系數(shù) 一定時(shí)，透射峰隨著入射角的增大向高頻方向移動(dòng)，并且當(dāng)入射角變化時(shí)，其 反射率 的峰值都始終為 1。 當(dāng) k= 時(shí)，頻率在 區(qū)間的 反射率 峰值對(duì)應(yīng)反射率下降到約為 ，光子晶體的禁帶已基本消失。 當(dāng) k 逐漸增大時(shí)， 禁帶頻率 的寬度逐漸減小。 當(dāng) k=（圖 ）時(shí)，反射率的峰值降到了 左右，禁帶不再明顯，失去了禁帶的作用。 對(duì)于第 j 層介質(zhì)，其特征矩陣為： c o s s ins in c o sjjj jj j jipMip????????????? （ ） 式中 j? =（ 2? /? ） jjdn cos j? , jn jd 是該介質(zhì)層的光學(xué)厚度， j? 是光線在該介質(zhì)層中與界面法線方向的夾角 , ? 為入射光的波長(zhǎng)。 但是要實(shí)現(xiàn)光子晶體在這些領(lǐng)域的應(yīng)用，就必須知道 光子晶體的 能帶結(jié)構(gòu)，要知道其能帶結(jié)構(gòu)，就要選取合適研究方法。 研究還發(fā)現(xiàn)一維光子晶體的全反射隧穿峰的個(gè)數(shù)關(guān)于一維光子晶體的周期數(shù)， 全反射 隧 穿峰的頻率都隨 光子晶體的 周期光學(xué)厚度的增加而減少。由圖 7 可知，小于全反射角入射時(shí)透射率隨入射角的增加而減小，當(dāng)入射角接近全反射角時(shí)透射率迅速降低為 0。 0 .5 1 .0 1 .5 2 .0 2 .5 3 .0 3 .50 .20 .40 .60 .81 .0 g /( 0? ) 140 5 10 Hz? ?? 圖 單層介質(zhì)的光透射率 T 0 .5 1 .0 1 .5 2 .0 2 .5 3
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