维光子晶体禁带的特点及增宽-西北大学.PDFVIP

维普资讯 2002年 12月 西北 大学学报 (自然 科学版 ) Dec．2002 第 32卷第 6期 JournalofNorthwestUniversity(NaturalScienceEdition) Vo1．32No．6 一 维光子 晶体禁带 的特 点及增 宽 陈慰宗，忽满利 ，李绍雄 ，高平安 ，申 影 (西 北 大学 物 理学 系 ，陕西 省 西安 710069) 摘要 ：用光学导纳特征矩 阵方法研 究 了光波在一维光子晶体 中的传播 ，分析 了光子禁带的特 点及其 与一维光子 晶体 结构 的关 系，指 出了增 宽光子禁 带的几种可行的方法 。 关 键 词 ：一维光子 晶体 ；光子禁带 ；特征矩 阵法；禁带宽度 中图分类号 ：0484．8 文献标识码 ：A 文章编号 ：1000—274X(2002)06—0625—04 光子 晶体是 由折 射率 周期 性 变化 的介 质组成 ， 匀 的、各向 同性 的。在垂直 于介 质层 的方 向上 ，折射 折 射 率变 化 的周 期 与 光 波波 长 有大 致 相 同的数 量 率是空 间坐标 的一维周期 性 函数 。在结构上 ，一维光 级 。光在这种介 质 中传播 时 ，某 些频率 的光 波受到抑 子 晶体类似 于光学多层介 质膜 。在许多应用 中 ．要求 制 ，形成 光子的禁带 ，又称 为带隙 ，因此 ，光子 晶体又 光子 晶体具 有较宽 的、完全 的光子禁带 。本文用光学 称 作光子带 隙材料 。它的概 念是 1987年 分别 由 S． 导纳特征矩 阵方法分析研 究 了一维光子晶体禁带 的 John和 E．Yablonovitch提 出来 的 J，在 随后 的 10 一 些 特点 ，如禁 带 出现 的位置 、宽度等 ，讨 论 了这些 多年 中，光 子 晶体 的研 究获 得 了重 大进 展 ，成 为光 特点与光子 晶体结 构 的关 系 ，从 而 进一 步指 出 了增 子学和光子技术 研究 中的一 个非常活跃 的课题 。 宽光子禁带 的几种有效方法 。 光子在光子 晶体 中的运 动规律类似 于 电子在 固 体 晶格 中的运 动规律 。在 固体晶格 中由于 电子 的势 1 光在一维光子晶体 中的传播 能具有周期性 ，使 电子 的能量呈现带状结构 ，在电子 能量的允许带之间存在着 电子能量不可 能取值 的禁 一 维光 子 晶体在结 构 上就是 一维 分层 介质 ，光 带 。在光子 晶体 中 ，由于折射率 呈现周期性 变化 ，光 波在分层 介质中 的传播可 用光学导 纳特征矩阵方法 子在其 中运 动时 ，其 能量也具有带状结构 ，带与带 之 来研究_3]。 间存在着 光子禁 带 。在光子禁带 内，不存 在任何 电磁 光学 导纳定义为 波传播 模式 ，这将 显 著地 改变 光与物 质相 互作 用 的 Ⅳ 一 ， … 方式 。其 中最引人 注 目的是抑制 原子 、分子 的 自发辐 射 ，以及 半导体 中电子一空穴对 的复合 ，这些特殊 的 其 中：o是光波传播方 向的单位矢量 ；日和 是光波 性质能大大提 高半导体激 光器 、发光二极管 、太 阳能 场 中某一 点的磁场强度 和 电场强度 。在光波段 ，光学 电池等 的效率 ，它 能有效地控制光 子 的状态 ，因此将 介质 的磁 导率 接近 于 1，其导 纳就是 复折射率 ，对 对 全光集成 回路 、现 代光 电子产 业 等产 生 巨大而深 于无吸收的介质 ，介质 的导纳就是折射率 n。 远 的影 响。由于这些 诱人 的应用 前景 ，使 得光子 晶体 光 波在分层介质 中的传播 ，