一维光子晶体非线性色散特性的分析-光子学报.PDF

第! 卷第! 期 光 子 学 报 0123 ! -13 ! #$$% 年! 月 ’()’ *+,),-.(’ /.-.(’ 45678 #$$% 一维光子晶体非线性色散特性的分析 H，# H 黄晓琴 崔一平 （H 东南大学电子工程系光电子技术研究室，南京#H$$I; ） （# 南京师范大学物理科学与技术学院，南京#H$$IJ ） 摘 要 从无限周期一维光子晶体的色散关系和有限周期光子晶体的透射系数两个方面，对有限 和无限周期光子晶体有效折射率的实部和虚部特性曲线分别进行了计算和分析K 结果表明一维光 子晶体的色散曲线与弹性电偶极子的经典色散曲线类似，在光子晶体的导带为正常色散，而在禁带 呈现反常色散K 并且用简约布里渊和扩展布里渊区色散曲线对文献报道中存在的两种矛盾的计算 结果进行了理论的探讨K 解释了导致对一维光子晶体有效折射率计算存在两种不同结果的原因K 关键词 光子晶体；有效折射率；色散；布里渊区 中图分类号 ,! ；)-# 文献标识码 ’ 和分析，所得的结果与文献［H ］一致，并进一步从 ! 引言 物理意义上解释了文献［H ］和文献［H% ，H; ］两种结 在过去的十多年中光子晶体的理论和实验研究 果产生分歧的原因K 引起了人们极大的兴趣K 光子晶体是介电系数在空 # 一维无限周期和有限周期光子晶体 间周期变化的人工晶体，它对波长在晶体周期量级 范围的电磁波具有强烈的调制作用，形成电磁波的 的色散关系和等效介质理论 导带和禁带［H，# ］ K 光子晶体的许多特性，如近带边大 由于一维光子晶体具有结构简单易于制作且与 的光学色散、全方向的反射、光子局域化、光波导、光 二维和三维光子晶体具有许多共同的光学特征，因 ［! L % ］ ［I ，HI ］ 学双稳态等 使光子晶体成为实现全光通讯的极 此常常作为理论和实验研究的重要对象 K 佳载体K 特别是近年来纳米技术的发展，如精细加 考虑由介电系数分别为 、 ，厚度分别为! 、 !! ! 工、胶体溶液自组织生长技术、光刻蚀术、反应离子 （! N O # ）的两种介质构成的理想一维光子晶体， 束刻蚀术等技术，光子晶体实验可用的电磁波波长 晶体的总厚度为$ O %# ，% 是晶体的周期数K 在此 已从微波段拓展到了红外光以及可见光，使得光子 忽略材料本身的色散，即 、 均为常数，仅考虑光 !! ! 晶体的应用前景更加广泛与实际K 由于电磁波在光 子晶体的结构色散K 根据文献［H ，H; ］定义的有效 子晶体中的行为可以用麦克斯韦（45BM922 ）方程精 折射率的概念，将光子晶体视为具有有效折射率 确描述，理论研究和模拟计算已成为光