光子晶体笔记.docx

文献资料总结1.光子晶体(Photonic Crystals)又称为光子带隙材料(Photonic Bandgap Materials),是由具有不同介电常数的材料在空间中有序排列形成的介电结构。由于介电常数在空间周期性变化,电磁波在光子晶体中受到调制产生光子能带和带隙,频率落在光子带隙范围内的电磁波,将不能在光子晶体中传播,因此光子晶体内的原子、分子的自发辐射和相互作用都会发生根本性的变化。此外,当光子晶体的周期性结构引入缺陷,会在光子带隙中产生很窄的允许频带,使得光子晶体能够控制光在其中的传播。这些特性使光子晶体在基础研究、材料制备和实际应用上都有着巨大的潜力。因此光子晶体也成为光子带隙材料。2.光子晶体的应用是基于光子带隙的存在,在理论上研究光子带隙的性质,设计出带隙尽可能大的光子晶体材料有重要的意义。光子带隙的出现与光子晶体结构、介质连通性、介电常数反差和填充比有关。（介电常数比RIC，普遍认为RIC应不小于2）为了得到具有完全带隙的光子晶体结构,需要从几个方面进行考虑:(1)增加周期性介电系数变化幅度。(2)从结构上消除对称性引起的能带简并。(3)采用各向异性材料来提高光子带隙的宽度。3.计算光子晶体能带常用的方法有平面波展开法,时域有限差分法（FDTD）,有限元法,传输矩阵法,多重散射法等。4. 二维光子晶体研究a.对于圆柱构成的二维光子晶体,无论其结构是空气背景中的介质柱还是介质背景中的空气柱,由于结构简单而相对容易制备;同时二维光子晶体比三维光子晶体更容易在可见光和红外频率范围产生带隙。所以研究二维圆柱型光子晶体的带隙结构有很大的实用价值。目前对二维光子晶体的研究大多采用砷化镓材料。由实心锗圆柱构成的两种晶格结构b.二维光子晶体是指在二维空间各方向上具有光子频率禁带特性的材料，它是由许多介质杆平行而均匀地排列而成的这种结构在垂直于介质杆的方向上(两个方向)节点常数是空间位置的周期性函数，而在平行于介质杆的方向上介电常数不随空间位置而变化由介质杆阵列构成的二维光子晶体的横截面存在许多种结构，如矩形三角形圆形和六边形等，其中方形的光子晶体结构最简单，加工容易，而且带隙宽度较大。c.蜂窝晶格的能带分析5.使用平面波展开法分析二维光子晶体的能带结构PMW一般方法：前提：光子晶体处在无源空间，并且组成光子晶体的介质为各向同性无耗非磁性介质，在空间中电磁场为时谐场的情况下，根据Maxwell方程退出表征光子晶体的本征方程，进而推出TE，TM独立本征方程。a.正方晶格光子晶体带隙b.三角晶格光子晶体带隙