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一维光子晶体的光学特性研究

孙明艳  
【摘要】: 一维光子晶体由折射率分别为n1和n2的两种材料在一个方向上交替排列组成,而在另两个方向上是均匀分布。因此传统的多层膜结构也是一种特殊的一维光子晶体。由于一维光子晶体具有制作简易等优点而受到特别的关注,极有可能成为全光通信领域中的关键材料,因此具有较高的理论价值和广泛的应用前景。为了研究一维光子晶体的各种特性,本文在理论和实验两方面对它的带隙结构和特性进行研究,主要内容包括: 1.介绍了光子晶体的基本概念和光子晶体应用所用到的基本原理,其中包括光子晶体的能带理论等,同时阐述了光子晶体的发展和几种应用。 2.根据传输矩阵法利用C语言编程,计算了一维光子晶体的带隙结构及传输特性。利用此种方法进行了模拟计算,得到一维光子晶体在可见光波段范围内S波和P波的透射谱。通过透过率谱的变化,分析了不同偏振态入射光角度变化和介质层数变化对一维光子晶体带隙的影响。当光子晶体周期数达到一定数值时出现光子禁带。随着周期数的进一步增加,带隙宽度会有较为明显的增加,达到某一峰值增加幅度逐渐减小。而带隙中心波长?0位置基本不变。晶格常数和填充率对光子晶体带隙的影响很大,从一定程度上决定了带隙的宽度,中心波长。无论对于P波还是S波,光子禁带都随入射角度的增大向短波长方向移动。但S波入射,光子禁带宽度随入射角度的增加而增大。而P波入射,光子禁带宽度随入射角度的增加而减小。还发现缺陷模的厚度对透射峰值具有明显的调节作用,透射峰值会随着厚度的增加而增大,当达到峰值后透射率便随厚度逐渐降低。并且随着缺陷层折射率的增加,缺陷模的中心波长位置也向低频方向移动,同时透射峰值逐渐增大。 3.用真空镀膜的方法制作了以二氧化锆和二氧化硅两种介质构成的一维光子晶体,并对样品进行了透射光谱测试。通过与理论计算结果的对比,发现理论计算与实验结果吻合。


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