郭硕鸿《电动力学（第三版）》电子教案-chapter4-6.pptVIP

TE波的色散关系在ky－?平面的投影,阴影是通带,空白是禁带. （n1=4.6, n2=1.6, h2/h1=1.6/0.8） 非完全带隙！ 3. 一维光子晶体的全反射 , , , . 真空中 当光波从真空中投射到一维光子晶体以z轴为法向的表面,设入射角为?0,在第一和第二层中的折射角分别为?1,?2,因为各层平行,所以 所以对所有角度的入射光 从而只有纵轴和虚线围成的三角区域,光线才能进入光子晶体. 所以可以通过材料选择,让某些频率的光无论入射角如何都不能进入光子晶体,即发生全反射. * 第 十三讲 谐振腔 波 导 内 容 概 要 本讲覆盖教材第四章4－5节内容, 请注意阅读教材 1 理想导体边界条件 2 谐振腔 3 矩形波导中的电磁波 4 截止频率 5 TE10波的电磁场和管壁电流 * 澳洲海老鼠背脊上,蝴蝶 色彩绚丽 * 中国：973项目量子调控基础研究都把光子晶体包括在内 第四章 电磁波的传播 *§4.6 光子晶体 内 容 概 要 1. 光子晶体简介 2. 一维光子晶体的转移矩阵 3. 光子带隙 4. 一维光子晶体的全反射 电动力学的必威体育精装版拓展——光子晶体 20世纪对人类生活影响最深的发明是什么？ Moore定律： 1958年发明半导体集成电路芯片 ——电脑,互联网,手机,数码电子,家电,医疗器件…… 集成电路芯片晶体管数目每18个月增加1倍,每10年增加2个量级. 现在,一个芯片上的集成晶体管数目109,一个晶体管造价10?7元. 集成电路芯片技术发展的瓶颈何在？出路在何方？ 出路有二： 瓶颈：量子效应,散热问题 集成光路芯片——光物理学家的一个伟大梦想 量子芯片：量子计算与量子通信 一个伟大的梦想——光子芯片 Photonic Chips: All-optical integreted circuits 基本的原器件（Basic Components） 微腔（Micro-Cavities） 波导（Waveguides） 光纤（Fibers） 光源（Sources） 开关（Switchs） 光子晶体为光子芯片的实现提供了一个全新的途径——柳暗花明 集成电路芯片技术的理论基础是什么？ （1）电子能带理论——电子在周期势场中的运动 半导体、金属、绝缘体 （2）泡利不相容原理 半导体能带 从晶体结构来说,晶体内部的原子是周期性有序排列的,正是这种周期势场的存在,使得运动的电子受到周期势场的布拉格散射,从而形成能带结构,带与带之间可能存在带隙. 电子能带——晶体(如半导体)中的电子由于受到晶格的周期性位势(periodic potential)散射,部分波段会因破坏性干涉而形成能隙(energy gap),导致电子的色散关系(dispersion relation)呈带状分布,此即众所周知的电子能带结构 (electronic band structures). 光子能带——1987年,E. Yablonovitch 及 S. John 不约而同地提出,类似的现象也存在于光子系统中：在介电常量呈周期性排列的三维介电材料中,电磁波经介质散射后,某些波段的电磁波强度会因破坏性干涉而呈指数衰减,无法在系统內传输,相当于在频谱上形成能隙,于是色散关系具有带状结构,也有所谓的光学禁带,此即所谓的光子能带结构(photonic band structures). 光子晶体又俗称为光子半导体. 光子晶体（photonic crystal） 是一种介电常量随空间周期性变化的新型光学微结构材料. http://www.physics.utoronto.ca/~john/ /Faculty/Homepages/yablonovitch.html PRL_58_2486 PRL_58_2059 1991年,Yablonovitch制作了第一块光子晶体. 他所采用的方法是在折射率为3.6的材料上用机械方法钻出许多直径为1 mm的孔,并呈周期性分布. PRL_67_2295 (1D)一维光子晶体是指在一个方向上具有光子频率禁带的材料. (2D)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. (3D)三维光子晶体是指在三维空间各方向上具有光子频率禁带特性的材料. 自然界中的光子晶体 澳洲海老鼠 蛋白石 鳞粉上排列整齐的次微米结构 光子晶体的独特性质 光禁带 缺陷态 抑制自发辐射 负折射,奇异的Lamb位移等 光子晶体的独特性质——光禁带 完全禁带,指光在整个空间的所