不同形状介质柱体结构二维三角晶格光子晶体的完全带隙.PDF

中国科学: 物理学 力学 天文学 2010 年 第40 卷 第10 期: 1203 ~ 1207 SCIENTIA SINICA Phys, Mech Astron SCIENCE CHINA PRESS 论 文 不同形状介质柱体结构二维三角晶格光子晶体的 完全带隙 * 冯帅 , 杨玉平, 兰楚文, 白珍珍, 王义全 中央民族大学理学院, 北京100081 * E-mail: fengshuai75@163.com 收稿日期: 2009-12-03; 接受日期: 2010-06-13 国家自然科学基金(批准号: 、国家重点基础研究发展计划(编号: 2006CB921702)、国家民族事务委员会科研项目(编号: 09ZY012) 和国家大学生创新性实验计划(编号: NMOE200911002)资助项目 摘要 利用时域有限差分方法, 理论研究了二维三角晶格光子晶体的完全带隙. 通过计算由各种形状锗柱 排列在空气中组成的三角晶格光子晶体的能带结构, 发现对于空心三角形锗柱排列在空气中组成的晶体结 构, 存在一个宽度为0.098 (2π c/a) 的完全禁带, 该宽度达到了禁带中心频率的19.8%. 并且系统讨论了不同结 构参数对于完全禁带宽度的影响. 关键词 光子晶体, 完全带隙, 三角晶格 PACS: 42.70.Qs, 78.20.Ci, 42.25.Fx 自从Yablonovitch[1] [2] [3~14] 和 John 开创性地提出光子 光子晶体结构 . 已有结果表明, 对于正方晶格光 晶体概念以来, 光子晶体已经引起了人们的关注和 子晶体, 空气柱排列在介质背景中和介质柱排列在 广泛的研究. 光子晶体是由不同种类的介质或金属 空气背景两种结构中皆存在完全光子带隙; 同时, 对 周期性排列而组成的一种人造晶体, 其晶格常数与 于介质背景中的空气柱组成的三角晶格光子晶体, 波长在同一量级. 光子晶体的一个显著特点是一定 尤其是圆形空气孔结构存在完全光子带隙. Cassagne 频率范围内的电磁波被禁止在其中传播, 我们称之 等人[3] 已经证明空气圆孔排列在介质背景中组成的 为光子带隙. 宽光子带隙是光子晶体许多实际应用 三角晶格结构和介质柱排列在空气背景中组成的石 的基础, 诸如光波导, 光子晶体缺陷模激光器等等. 墨结构都可以产生宽完全光子带隙. Qiu 等人[4]发现 尽管三维光子晶体可以提供更多潜在的应用, 但是 对于矩形晶格结构, 椭圆柱相比圆形柱能够得到更 二维光子晶体由于其更容易制作, 而且可运用于许 大的光子带隙. Wang 等人[5]研究了由五种不同形状 多光电器件, 而使人们对其进行着深入细致的研究. (包括六边形, 圆形, 椭圆形, 正方形和矩形)柱体组 对于二维光子晶体, 电磁波可以分解为TM 极化模和 成的二维光子晶体晶格结构, 发现在蜂窝状晶格结 TE 极化模. 如果光子带隙在两种偏振模式中均存在 构中, 六边形柱体能够产生最大的带隙. 对于由介质 且互相有重叠的部分, 则形成了一个完全光子带隙. 柱排列在空气背景中组成的二维三角晶格光子晶体 人们已经尝试设计了很多种具有宽完全带隙的 结构, 能否存在宽完全带隙吸引了很多人的关注. 本 引用格式: 冯帅, 杨玉平, 兰楚文, 等. 不同形状介质柱体结构二维三角晶格光子晶体的完全带隙. 中国科学: 物理学 力学 天文学, 2010, 40: 1203 ~ 12