不同折射率材料光子晶體的能帶結(jié)構(gòu)特點(diǎn)研究

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1、不同折射率材料光子晶體的能帶結(jié)構(gòu)特點(diǎn)研究　　根據(jù)光學(xué)、電磁和薄膜介質(zhì)有關(guān)理論，由不同介電常數(shù)介質(zhì)周期性排列形成的組合體，對(duì)入射到其中的光具有選擇性通過的剪裁功能，以下是小編搜集整理的一篇探究不同折射率材料光子晶體的能帶結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的論文范文，供大家閱讀查看?！　∫浴　”娝苤?，自然界中普遍存在的介質(zhì)為雙正材料，這種材料的磁導(dǎo)率和介電常數(shù)均大于零，即其折射率為正實(shí)數(shù)，而且電磁波在這種介質(zhì)中傳播時(shí)，電場(chǎng)分量和磁場(chǎng)分量滿足右手定則，所以也稱右手材料?！　?968年，蘇聯(lián)科學(xué)家維克托韋謝拉戈(VictorVese

2、lago)首次提出負(fù)折射率介質(zhì)，于是人們開始關(guān)注這種不同于雙正介質(zhì)的特殊材料，并紛紛進(jìn)行相關(guān)的實(shí)驗(yàn)。負(fù)折射介質(zhì)分為雙負(fù)材料和單負(fù)材料。顧名思義，雙負(fù)介質(zhì)的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率均為負(fù)，即介質(zhì)的折射率為負(fù)，而且電磁波在這種介質(zhì)中傳播時(shí)，電場(chǎng)分量和磁場(chǎng)分量不再滿足右手定則，而是遵從左手定則，故亦稱左手材料。單負(fù)介質(zhì)分為磁單負(fù)材料和電單負(fù)材料，磁單負(fù)材料磁導(dǎo)率小于零、介電常數(shù)大于零，電單負(fù)材料則相反，為介電常數(shù)小于零、磁導(dǎo)率大于零。大量的研究或?qū)嶒?yàn)表明，電磁波在負(fù)折射率介質(zhì)中傳播時(shí)，表現(xiàn)出不同于普通材料(雙正材料)

3、的特殊物理光學(xué)、電磁等特性，也正因?yàn)槠浔憩F(xiàn)出的這種新奇電磁特性，所以長期成為物理學(xué)者們研究的主要熱門領(lǐng)域之一。　　根據(jù)光學(xué)、電磁和薄膜介質(zhì)有關(guān)理論，由不同介電常數(shù)介質(zhì)周期性排列形成的組合體，對(duì)入射到其中的光具有選擇性通過的剪裁功能，即存在能帶禁帶和導(dǎo)帶，處于導(dǎo)帶頻率的光可以允許通過，而處于禁帶頻率的光則被禁止通過，這種不同介電常數(shù)周期性排列形成的組合體稱為光子晶體。1987年，光子晶體概念由Yablonovitch和John提出后，人們對(duì)雙正介質(zhì)結(jié)構(gòu)的光子晶體進(jìn)行了大量的研究，且取得了系列成熟的成果和結(jié)

4、論，并且呈現(xiàn)出巨大的潛在應(yīng)用前景，所以近30年來，光子晶體一直是光學(xué)和材料領(lǐng)域的研究焦點(diǎn)之一。近幾年來，負(fù)折射材料光子晶體成為光子晶體研究的又一個(gè)熱潮。基于負(fù)折射介質(zhì)的特殊光學(xué)、電磁特性，其構(gòu)成的光子晶體的光傳輸特性也肯定異于雙正介質(zhì)光子晶體。因此，本文在構(gòu)造相同光子晶體結(jié)構(gòu)模型的基礎(chǔ)上，分別研究雙正、雙負(fù)和單負(fù)材料光子晶體的能帶特征，以及各類參數(shù)分別對(duì)雙正、雙負(fù)和單負(fù)材料光子晶體能帶的影響規(guī)律等，力求找出不同折射率材料光子晶體的能帶結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，為光子晶體的學(xué)習(xí)者提供指導(dǎo)，并為研究者提供模型和材料選擇參考

5、。　　1研究模型和方法　　確定鏡像對(duì)稱結(jié)構(gòu)雙正、雙負(fù)和單負(fù)介質(zhì)一維光子晶體的研究模型為(AB)n(BA)n。對(duì)于雙正、雙負(fù)介質(zhì)，A、B介質(zhì)層的參數(shù)取:折射率nA=2.6，折射率nB=±1.45(雙負(fù)介質(zhì)時(shí)取負(fù)號(hào))，光學(xué)厚度DA=nAdA=0.25λ0，DB=nBdB=±0.25λ0(雙負(fù)介質(zhì)時(shí)取負(fù)號(hào))，其中λ0是指光子晶體禁帶中心頻率ω0所對(duì)應(yīng)的波長。對(duì)于單負(fù)介質(zhì)，A和B分別表示負(fù)磁導(dǎo)率材料和負(fù)介電常量材料，采用傳輸線模型

6、來描述各向同性單負(fù)材料，則負(fù)磁導(dǎo)率材料A、B的介電常量和磁導(dǎo)率分別為:εA=3，μA=1，εB=1-ω2ep/ω2，μB=3，其中ω為頻率，單位為GHz，ωep為電等離子體頻率，大小為100GHz，A、B層介質(zhì)的厚度為dA=12mm和dB=6mm。　　利用傳輸矩陣法理論[6，14-16]，通過Matlab編程，橫坐標(biāo)的頻率用歸一化單位ω/ω0，分別計(jì)算模擬含雙正介質(zhì)、雙負(fù)介質(zhì)和單負(fù)介質(zhì)光子

7、晶體(AB)n(BA)n的透射能帶譜，以及隨入射角和周期數(shù)而變化的透射能帶譜?！　?對(duì)稱結(jié)構(gòu)一維光子晶體的能帶研究　　2.1雙正、雙負(fù)和單負(fù)介質(zhì)一維光子晶體的透射譜　　對(duì)于鏡像對(duì)稱結(jié)構(gòu)的光子晶體(AB)n(BA)n，在雙正介質(zhì)、含雙負(fù)介質(zhì)和含單負(fù)介質(zhì)情況下，保持以上各參數(shù)不變，固定周期數(shù)n=3，考慮光垂直入射于介質(zhì)表面(即入射角θ=00)，利用傳輸矩陣法理論通過Matlab編程，計(jì)算模擬出光子晶體(AB)3(BA)3的透射譜如圖1所示?！　膱D1中可以看到:當(dāng)B為雙正介質(zhì)時(shí)，光子晶體能帶譜中

8、周期性交替出現(xiàn)光子禁帶(為光子晶體主禁帶)，其寬度為0.331ω/ω0，且禁帶中心出現(xiàn)一條窄透射帶，如圖1(a)所示;當(dāng)B為雙負(fù)介質(zhì)時(shí)，主禁帶寬度為1.190ω/ω0，如圖1(b)所示;當(dāng)B為單負(fù)介質(zhì)時(shí)，主禁帶寬度變?yōu)?.925ω/ω0，如圖1(c)所示。【圖1】　　通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)雙正介質(zhì)光子晶體的主禁帶寬度最窄，單負(fù)介質(zhì)光子晶體主禁帶寬度最寬，雙負(fù)介質(zhì)光子晶體介于以上兩