二维正方晶格各向异性光子晶体缺陷模.pdfVIP

第30卷第l期 发 光 学 报 V01．30No．1 2009年2月 Feb．。2009 CHINESEJOURNALOFLUMINESCENCE 文章编号：1000-7032【2009)0142025-06 二维正方晶格各向异性光子晶体缺陷模 余建立1”，沈虹君2 (1．安徽省巢湖学院物理系，安徽巢湖238000；2．宁夏大学物理系，宁夏银川750021) 摘要：为了得到对TM和TE模具有相同缺陷模的共振微腔，通过在完整各向异性碲介质柱二维正方光子晶 体中，引入各向同性的介质圆柱作为点缺陷，利用超胞平面波展开法计算该光子晶体的缺陷模，系统计算了 在同时改变点缺陷介质柱介电常数和半径两种情况下的两种偏振缺陷模的变化规律。结果表明，在完全禁 带中，缺陷介质柱介电常数从5．44变化到38．44、半径与晶格常数的比从0．05变化到0．50的整个区域，均会 出现对TM和TE模具有相同缺陷模，且随着介电常数的减小，缺陷模随着缺陷半径的变化趋于缓慢，归一化 8～O．243 共振频率在0．241 2之间町调，在引入8，s。的各向异性介质柱缺陷时，亦可得到对TM和TE模具 有相同缺陷模，且共振频率的呵调范围增大，该研究为光子晶体器件的设计提供了理论依据。 关键词：光子晶体；各向异性；缺陷模；平面波展开法 中图分类号：0431 PACC：4220文献标识码：A 晶体线缺陷波导应用于光波分复用器，设计出可 1 引 言 以同时使得两种偏振模的电磁波通过共振微腔的 光子晶体是一种介质折射率呈空间周期性变 局域共振下载到另一个光子晶体线缺陷波导中， 化的新型微结构材料¨工J，电磁波在光子晶体内 具体的设计框架图如图1所示。已有研究表明， 部传输的特性类似于电子在半导体中的的运动特 二维各向同性三角晶格光子晶体存在完全光子带 性，光子晶体最根本的特性就是存在光子禁带 隙一引，但是器件的制作中，边界厌易形成锯齿状， (PhotonicBand Gap，PBG)，频率处于禁带范围内 使完全禁带中会出现一些附加的微带，影响波导 的电磁波将被禁止传播，现在人们对二维光子晶 的传输质量，所以在光子晶体器件的设计中通常 体做了许多工作∞。J。在二维情况下，电磁波可 用正方晶格光子晶体为宜。文献[17]表明，二维 以分解为两种偏振模，即TM模和1tE模。对于某正方晶格各向同性介质柱光子晶体不存在完全光 些频率范围，如果光子晶体同时存在TM和TE两子禁带，而对于各向异性碲介质柱正方光子晶体 种偏振的光子带隙，就称该光子晶体具有完全带 在填充率f_-0．4时可以产生带隙宽度约为0．035 隙，频率处于禁带范围内的所有模式的光都不能 在其中传播。如果在一个存在完全带隙的理想光 }￡导，篙蕊酉一』￡t一一 子晶体中引入点缺陷，那么在禁带中会存在一个 或多个缺陷模一’9J，缺陷模的性质在激光器¨0|、谐振 小． 腔一川、波分复用¨纠等方面具有潜在的应用前景。 (共振微腔装置) 目前，利用光子晶体缺陷模设计的光子晶体 ＼√ 器件，一般都是选择单个模式(TM模)进行计算 扣：嚣土一／＼·^1器蓑· 设计¨n15j。随着对光子晶体进一步的研究，希望 能够在具有完全禁带的光子晶体中，能得到对于 图1 能对两种偏振模同时下载的波分复用器结构图 TM和TE模具有相同频率的缺陷模，设计出对于