芯殼型光子晶體帶隙特性的研究

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1、分類號學(xué)號D200977023學(xué)校代碼10487密級博士學(xué)位論文芯殼型光子晶體帶隙特性的研究學(xué)位申請人：劉丹學(xué)科專業(yè)：凝聚態(tài)物理指導(dǎo)教師：高義華教授答辯日期：2014年1月萬方數(shù)據(jù)ADissertationSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofDoctorofPhilosophyinScienceResearchonPhotonicBandGapofCore-shell-typePhotonicCrystalCandidate:LiuDanMajor:CondensedMatterPhysicsS

2、upervisor:Prof.GaoYihuaHuazhongUniversityofScienceandTechnologyWuhan430074,P.R.ChinaJanuary,2014萬方數(shù)據(jù)萬方數(shù)據(jù)獨創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是我個人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除文中已經(jīng)標明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。對本文的研究做出貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。學(xué)位論文作者簽名：日期：年月日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用

3、學(xué)位論文的規(guī)定，即：學(xué)校有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)華中科技大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。保密□，在年解密后適用本授權(quán)書。本論文屬于不保密□。（請在以上方框內(nèi)打“√”）學(xué)位論文作者簽名：指導(dǎo)教師簽名：日期：年月日日期：年月日萬方數(shù)據(jù)萬方數(shù)據(jù)華中科技大學(xué)博士學(xué)位論文摘要以半導(dǎo)體技術(shù)為基礎(chǔ)的微電子技術(shù)在速度、小型化等方面已不能滿足科技發(fā)展的需要，人們把目光從電子轉(zhuǎn)向了光子，期望能像控制電子的運動一樣來控制光的傳播。光子晶體的出現(xiàn)，使得這種想

4、法逐步接近現(xiàn)實。光子晶體是由介電常數(shù)不同的介質(zhì)在空間周期性排列而形成的一種結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)具有很多新奇的特性，如具有光子禁帶、實現(xiàn)光子局域化、控制自發(fā)輻射等，使得它能自由地控制光在其內(nèi)部的傳播。光子晶體應(yīng)用取得了眾多成果，如：光子晶體光纖、高效發(fā)光二極管、慢光波導(dǎo)及全光開關(guān)等。具有芯殼異質(zhì)結(jié)構(gòu)的一維納米陣列，在構(gòu)筑納米電子和光電器件等功能性元件和集成電路中充當(dāng)非常重要的角色，已成為當(dāng)前納米科技領(lǐng)域的前沿和熱點。芯殼結(jié)構(gòu)可以改變納米管（線）的傳導(dǎo)率（熱或電）、光吸收和光發(fā)射等，從而使其具有獨特的性能。本論文以“芯殼異質(zhì)結(jié)光子晶體”為核心，重點進行了二維及平板芯殼異質(zhì)結(jié)構(gòu)光子晶體的光

5、子帶隙研究。還對光子晶體發(fā)光二極管的機理做了相關(guān)研究，取得了如下成果：（1）建立了空氣中的二維芯殼異質(zhì)結(jié)光子晶體模型，針對正方排列及三角排列的兩種結(jié)構(gòu)，重點分析了涂覆在芯層介質(zhì)柱外的殼層材料對光子禁帶特性的影響。采用平面波展開法研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)在二維光子晶體的介質(zhì)柱外涂覆一層薄的殼層材料后，光子禁帶明顯增寬；三角排列比正方排列更易形成較寬的光子禁帶；研究了光子晶體的結(jié)構(gòu)參數(shù)（介質(zhì)柱尺寸、折射率）對光子禁帶的影響，結(jié)果表明，存在最優(yōu)參數(shù)獲得寬的光子禁帶。（2）建立了空氣中的正方排列的芯殼型平板光子晶體模型，重點分析了“芯層比殼層折射率大”及“芯層比殼層折射率小”時的光子禁帶特性。采用

6、平面波展開法研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)芯層折射率大于殼層折射率時，更易形成寬的光子禁帶。獲知了形成寬光子禁帶的最優(yōu)結(jié)構(gòu)參數(shù)（介質(zhì)柱尺寸、折射率、平板厚度）。更重要的是，比傳統(tǒng)的平板光子晶體更易形成寬光子禁帶的芯殼型平板光子晶體結(jié)構(gòu)可以應(yīng)用于發(fā)I萬方數(shù)據(jù)華中科技大學(xué)博士學(xué)位論文光二極管，有望提高其光取出效率。（3）設(shè)計了基于空氣孔型GaN平板光子晶體的簡化發(fā)光二極管模型?；谄矫娌ㄕ归_法，得到了空氣孔型平板光子晶體的能帶結(jié)構(gòu)，并采用三維時域有限差分法計算光取出效率。結(jié)果證實了在相應(yīng)的光子禁帶區(qū)域，光取出效率獲得大大地提高。且獲知了波長取460nm時，高的光取出效率所對應(yīng)的最佳結(jié)構(gòu)參數(shù)值，分析結(jié)

7、果為高出光效率的光子晶體發(fā)光二極管的設(shè)計提供了理論參考。關(guān)鍵詞：光子晶體芯殼異質(zhì)結(jié)光子禁帶發(fā)光二極管光取出效率II萬方數(shù)據(jù)華中科技大學(xué)博士學(xué)位論文AbstractMicroelectronictechnologybasedonthesemiconductorhasbeenunabletomeettheneedsofthedevelopmentofscienceandtechnologyinspeedandminiaturization.Peopleturntheirattentionfrom