光子晶体禁带特性.pptVIP

一维光子晶体的折射率的变化是具有严格周期性的，它由两种或两种以上的介质层交替排列而成，形成了一定的周期性。正是这种周期性，使光子晶体出现了禁带。如果光的频率处于禁带频率范围内，当光通过光子晶体时会被禁止传播. 如果在光子晶体中引入缺陷，禁带会发生什么样的变化? 替代型缺陷的一维光子晶体 掺杂型缺陷的一维光子晶体 单缺陷一维光子晶体 一维光子晶体中引入单缺陷层 a b a b 替 代 型 单层缺陷c替代b层 a层折射率大于b层折射率 na=2.28，nb=1.28，nc=1.7 N=15，中心波长600nm， na.ha=nb.hb=中心波长/4, nc.hc=中心波长/6。 无缺陷 含单层缺陷 光子禁带中间出现了一条狭窄的分裂带，把禁带一分为二。这条分裂带的出现是由单层缺陷引起的，我们称这条分裂带为缺陷模，其底部所对应的波长为 701.4nm，反射率为0.53。 a b c 光子局域 对于单层缺陷c，可以改变的参数有折射率、厚度和所处的位置。如果改变c层的参数，对一维光子晶体的禁带有什么样的影响？对缺陷模又有什么样的影响？ 缺陷层所处位置对光子禁带的影响 a b c … N=15 c的位置可位于N’ 1-15单元的任一位置。 n1=2.28, n2=1.28, n3=1.7, λ0=600nm, n1h1=n2h2= λ0/4 N’=2 N’=5 N’=7 N’=9 随着缺陷层c逐渐从左向右移动，缺陷模呈现出“从无到有再到无，从小到大再到小”的规律。 解释:不同位置的缺陷层对一维光子晶体周期性结构完整性的破坏程度不同，在中间位置的缺陷层对光子晶体的结构完整性破坏最大，因而产生的缺陷模最大。那些稍偏的位置对光子晶体完整性破坏比较小，有的位置基本没有影响，甚至不会出现缺陷模。综上所述，当N’取值为位于一维光子晶体中间位置时，缺陷模最大;反之，当N’取值为位于两端位置时，缺陷模比较小，甚至不存在缺陷模。另外，无论N‘怎样取值，基本不影响缺陷模的位置和禁带宽度。 缺陷层折射率对光子禁带的影响 改变n3的大小 n3=1.4 n3=2.8 n3=2.4 禁带中存在缺陷模 缺陷模1向右移动，并且禁带左侧有出现新缺陷模的迹象 缺陷模1继续向右移动，而新出现的缺陷模2也随之向右移动。出现两个缺陷模共存的现象，即只引入一个缺陷层，也能使禁带中出 现两个缺陷模。 随着n3增大， 缺陷模向长波方向漂移，每个缺陷模都有产生、移动和消失的过程 适当调节缺陷层c的折射率，可以使单缺陷一维光子晶体的禁带中同时存在两个，甚至更多缺陷模。 缺陷层光学厚度对光子禁带的影响 改变h3 缺陷模随h3增大而向长波方缺陷模从出现到消失，发生在某一段波长范围之内，缺陷模有一个存在范围。 h3 逐 渐 变 厚 通过改变缺陷层光学厚度n3h3，可以使禁带中同时存在两个缺陷模，这说明不需要引入多个缺陷层，可以通过改变缺陷层的参数使禁带中出现多个缺陷模。 引入单层缺陷后的一维光子晶体可以近似看作谐振腔，根据谐振腔的理论可知，谐振模的波长(对应缺陷模波长)与中间介质(对应缺陷层)的光学厚度成正比关系。 一维光子晶体禁带的展宽 一种特殊结构的一维光子晶体 一维光子晶体一般都具有周期性结构，并且同种材料的介质层厚度、折射率等参数都相同，称之为普通结构一维光子晶体。 … A3,B3,C3,D3,E3 A B C单元中两介质层的光学厚度均为λ0/4 A、B、D和E中介质层光学厚度分别为单元C对应的0.8、0.9、1.1和1.2倍 普通光子晶体 特殊光子晶体 一维光子晶体的串联 把两个或以上一维光子晶体串联起来，形成新的一维光子晶体结构. 单个光子晶体 串联的光子晶体 为了得到连续的宽禁带，两个串联的一维光子晶体禁带范围需要有重叠的部分。