二维光子晶体负折射现象条件及特性研究.pdfVIP

第37卷第4期 光 子 学 报 Vo1．37 No．4 2008年 4月 ACTA PHOTONICA SINICA April 2008 二维光子晶体负折射现象条件及特性研究* 陈沛，孔凡敏，李康，蔡履中，韩林 (山东大学 信息科学与工程学院，济南 250100) 摘 要：结合光子晶体带隙图和等频率线图分析了二维光子晶体中出现负折射现象的条件，得出了 负折射现象出现的频率范围．采用有限时域差分法模拟了光在光子晶体界面和内部的传输行为， 验证了以上理论所给出的负折射出现的频段，观察到了明显的负折射现象．比较了不同介质、不同 晶格结构光子晶体中不同频率的负折射行为．提出一种新结构的六角型二维三角晶格光子晶体分 光镜的模型 ． 关键词：光子晶体；负折射现象；等频率面；时域有限差分法 中图分类号：O482．3 文献标识码：A 文章编号：1004—4213(2008)04—0721-4 0 引言 率上波矢量k的点的都计算和表示出来．介质中的 波矢量k是由在界面上的k矢量连续分量决定的， 早在 1968年，Veselago提出了负折射率的概 在介质中光传播方向与波矢量k方向一致，这就是 念口J，就是介电常量e和磁导率 同为负数，由n一 传统的折射现象．在光子晶体中，由于在等频率曲 ± ， 得出折射率n亦为负，由此引发负折射率 线的交叉处出现了禁带，光的传播受到能带的结构 效应，即电磁波的传播方向和能流的方向相反，E、 的影响，光传播的角度不再遵循传统介质的方式传 H、k之间满足左手法则 ．最近几年，Smith_2]和 播嘲． Shelbyl3 分别从理论和试验上证明了谐振开口金属 在光子晶体中，由群速度 一grad 得出，群 环和金属带条两种结构复合在一起构成的空间阵 速度的方向就是能流的方向，而能流的方向就是等 列，其等效的e和 在微波波段可以同时为负数，并 频面的法线(梯度)方向，而折射方向通常是能量的 且观察到了负折射率现象．通过对左手物质和负折 传播方向，因此传播方向由群速度矢量决定．群速度 射现象进行深入的研究，发现对于某些由介质材料 方向是垂直于等频率曲线的，可在等频面的结构上 和金属材料构成的光子晶体也会存在类似于折射率 找到群速度方向为负，且Il光的传播方向由EFS曲线 为负材料中的异常折射现象 ]． 向内的频带，由此结构的等频率面所示的频率就是 在光子晶体中，由于光的传播受到光子晶体的 出现负折射率的频率区间 j． 周期结构和能带结构的影响会发生强烈的散射，它 使用在空气中以三角晶格结构排列的介质圆柱 们的传播变得非常的复杂，因此光在光子晶体中传 二维光子晶体作为模型来分析，其品格常量n一 播的方向对入射光的频率和角度非常敏感[6]．