材料吸收光子晶體對(duì)tm波能帶的影響研究畢業(yè)論文(編輯修改稿)
2024-10-02 10:52 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ， 1 1 2 2 150n d n d nm??， 10N? 圖 一維光子晶體透射率 T 第 5頁(yè)（共 13頁(yè)） 在一維光子晶 體中，一維摻雜光子晶體的特性也較為特殊。其基本結(jié)構(gòu)如圖 所示： 在規(guī)則的一維光子晶體中加入第三種介質(zhì)，從而形成的一維摻雜光子晶體，在保留了一維光子晶體的大多性質(zhì)的同時(shí)，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)新的特性，即缺陷模。 圖 和圖 所示的是 TE波和 TM 波缺陷模隨入射角和入射波長(zhǎng)變化的圖像。 由上圖可見(jiàn)，無(wú)論對(duì)于 TE 波還是 TM 波，在圖像所示的禁帶中會(huì)突然出現(xiàn)一個(gè)很尖銳的突起，形成一個(gè)很窄的導(dǎo)帶，圖 可以更明顯的看 出，一維摻雜晶體出現(xiàn)的缺陷模。 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。 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。 為了弄請(qǐng) 一維光子晶體的 全反射隧穿現(xiàn)象，首先觀察光波從 硫化鋅中射入到氟化鎂單一界面 上其透射率隨入射角 0? 的響應(yīng)曲線。由于 硫化鋅的折射率（ ?n ）大于 氟化鎂的折射率（ ?n ），所以當(dāng)光在該單一界面 上會(huì) 出現(xiàn)全反射現(xiàn)象，其全反射角為 r a dnnm .6 20/ar c s in 01 ??? 。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。當(dāng)入射角大于全反射角時(shí)透射率恒為 0，即出現(xiàn)了全反射現(xiàn)象，光不能在大于全反射角情況下從硫化鋅中進(jìn)入氟化鎂內(nèi)。 再來(lái)研究光入射一維光子 晶體的情況，設(shè)一維光子晶體是由氟化鎂和硫化鋅交替排列。入射空間和出射空間的介質(zhì)也為硫化鋅。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 ??? 。 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。由圖 8可以看出當(dāng)光入射該一維光子晶體時(shí)，在入射角大于全反射角的范圍內(nèi)有 5條明顯的透射峰，這表明光波大于全反射角入射該光子晶體時(shí)光波能夠穿透光子晶體。這一現(xiàn)象稱為“光子晶體的全反射隧穿效應(yīng)”。 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。 光子晶體的全反射隧穿效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)為光子晶體的研究開(kāi)辟了一個(gè)新的研究課題。并且光子晶體的全反射隧穿峰具有優(yōu)良的梳妝濾波特性，這為利用光子晶體的全反射隧穿效應(yīng)來(lái)設(shè)計(jì)新型高品質(zhì)光子濾波器提供了理論基礎(chǔ)。 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(yīng)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(yīng)曲線 T T 第 7頁(yè)（共 13頁(yè)） 的三個(gè)重要特性，即能帶特性、缺陷模特性、全反射隧穿特性。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。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。 第 二 章 、光子晶體理論的一種研究方法 —— 特征矩陣法 光子晶體最 大的特性 是具有光子帶隙， 光導(dǎo) 纖維、光波導(dǎo)、全向反射鏡、濾波器、偏振器等 光學(xué)材料和器件就是 利用光子不能在光子禁帶中傳播這一 特性 。 當(dāng)在光子晶體中加入 缺陷 介質(zhì)時(shí)， 光子 在其中的的傳播會(huì)發(fā)生 局域化 從而可 抑制或增強(qiáng) 其 自發(fā)輻射，以此特性可以運(yùn)用摻雜光子晶體 制造高效率和零閥值的激光器、高品質(zhì)的激光諧振腔以及高效發(fā)光二極管。 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。 目前， 對(duì)于 光子晶體能帶結(jié)構(gòu) 的研究 主要采 用 三種方法： 特征矩陣法、平面波展開(kāi)法 、多重散射法 等 。 光子在吸收介質(zhì)中傳播的處理方法 對(duì)于具有吸收的介質(zhì)，為了同時(shí)描述其對(duì)光波的折射和吸收，需要引入復(fù)折射率 n?和復(fù)波數(shù) k? 的概念： )i1(nn? ??? 、 k? =c? n? (1) 其 中 n 為介質(zhì)的折射率描述其對(duì)光波的折射， ? 為介質(zhì)的消光系數(shù)描述其對(duì)光波的吸收，c為真空中的光速， ? 為光的圓頻率。在吸收介質(zhì)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。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。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
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