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《太原理工大学》 2010年
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紫外线波段一维光子晶体的光学特性研究

谷海霞  
【摘要】: 光子晶体是近年来出现的一种新的光学材料,是由电介质材料周期性排列构成的人工晶体材料。它是继电子半导体开辟电子信息时代以来,最有希望开辟光子信息时代的新材料。它以光子禁带和光子局域的存在为主要特征,它的特性决定了光子晶体在未来的微光电子器件的集成、光互连、光通讯等领域有望占据战略主导地位。 光子晶体的带隙结构是光子晶体的重要特性之一,也是光子晶体应用开发的基础。因此,对于光子晶体的带隙及其光学传输特性的研究是对光子晶体进行基础性研究的重要内容。光子晶体按空间结构的不同,可以把它划分为一维光子晶体、二维光子晶体和三维光子晶体。二维、三维光子晶体则由于其结构复杂、理论计算量大、制造困难等原因,人们对其的研究分析相对较少,而对一维光子晶体的研究比较多。普通多层膜系结构光子晶体的禁带内能量损失较低,可是禁带宽度通常有限,而且出现较宽的全角高反带很难。而金属材料与这类光子晶体相比,虽然吸收会导致明显的能量损失,可是在相当宽的频率范围内且在任意入射方向下金属材料都会有非常强的反射性。若能将金属材料和普通电介质型光子晶体材料结合在一起的话,将有希望得到更好的光学特性。目前光子晶体的制备和研究主要集中在波长大于红外、可见光的波段。由于大部分材料在低于可见光波段存在严重的吸收,所以研究很少,但是光子晶体在可见光波段甚至紫外线波段存在潜在的应用前景,因此正在变为研究者关注的热点。 本文对MgF2、Ta2O5和金属为基元组成的一维光子晶体在紫外线波段的光学性质进行了理论分析。Ag/MgF2、Ag/Ta2O5一维光子晶体与其它金属构成的多层膜结构相比具有最大带隙宽度和最高的反射率。分别对Ag/MgF2、Ag/Ta2O5进行结构参数优化,得出Ag/MgF2光子晶体在选取结构参数为:介质厚度d Ag= 37.5nm,2d MgF= 112.5nm,周期层数N=4时,在正入射情况下,它的反射率最高达到92.26%,光子带隙宽度最大可达90nm(320nm~410nm)。对于Ag/Ta2O5光子晶体选取结构参数为:介质厚度d Ag= 60nm,2 5d Ta O= 140nm,周期层数N=2时,在正入射情况下,它的反射率最高达到92.44%,光子带隙宽度最大可达80nm(320nm~400nm)。这两种结构属于紫外线波段一维不完全带隙光子晶体。上述的研究内容对人们认识光子晶体以及应用开发光子晶体都有重要的现实指导意义。
【学位授予单位】:太原理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:O734

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