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《光半導(dǎo)體_光子晶體_張蠟寶》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、第25卷第4期大學(xué)物理Vol.25No.42006年4月COLLEGEPHYSICSApr.2006專題介紹光半導(dǎo)體)))光子晶體張蠟寶,熊予瑩,費賢翔,康鳳(華南師范大學(xué)物理與電信工程學(xué)院,廣東廣州510631)摘要:概述了光子晶體的特性、發(fā)展歷程、理論基礎(chǔ)及其潛在應(yīng)用等,特別介紹了光子晶體的制備方法.關(guān)鍵詞:光子晶體;光子禁帶;制備方法;自組裝法中圖分類號:O734文獻標(biāo)識碼:A文章編號:1000-0712(2006)04-0049-05光子晶體(PhotonicCrystal,簡稱PC)是指介電常外,甚至可見光波段.通常,光子晶體可劃分
2、為一維量(或折射率)呈周期性變化的一類物質(zhì),通常具有(1D)、二維(2D)和三維(3D)三種.介電常量在一個能帶結(jié)構(gòu),因此也稱為光子禁帶材料(PhotonicBand方向上呈周期性,而在其他兩個方向上不變時,通常GapMaterials).因其具有光子局域、抑制自發(fā)輻射等被稱為一維光子晶體;介電常量在兩個方向上呈周[1,2]特性,故光子晶體被認為是控制光子的光半導(dǎo)期性變化,而在另外一個方向不變時,被稱為二維光體.子晶體;三維光子晶體依此類推,如圖1所示.采用[3][4]1987年,E.Yablonovitch和S.John在研究抑二維光子晶體
3、制作的光子晶體光纖具有高非線性、制自發(fā)輻射和光子局域時分別提出了光子晶體這一低損耗、完全單模性和獨特的色散關(guān)系等特性,為相[5]新概念.1990年,HoK.M.等人從理論上計算了一關(guān)領(lǐng)域的研究提供了一個優(yōu)越的平臺.用三維光子種三維金剛石結(jié)構(gòu)光子晶體的色散關(guān)系,并由此預(yù)晶體可以制作光子晶體波導(dǎo)、光子晶體偏振器、光子測三維金剛石結(jié)構(gòu)中存在光子禁帶.1991年,晶體全反射鏡等.光子晶體的出現(xiàn)為理論研究和技[6]Yablonovitch在實驗室中采用人工制造出了第一塊術(shù)應(yīng)用開辟了一片嶄新的天地,它在光通訊、集成光被認為具有完全禁帶的三維光子晶體.目前
4、,光子晶路、微諧振腔、高效率發(fā)光二極管等方面都具有潛在[1,2]體的理論研究相對比較完善了,制備研究也取得了的應(yīng)用.長足的進展,從最初的毫米波段到微米、遠紅外、紅圖1一維、二維、三維光子晶體立體結(jié)構(gòu)示意圖這種能帶結(jié)構(gòu)叫做光子能帶(PhotonicBand).光子能1理論基礎(chǔ)帶可能出現(xiàn)帶隙,即光子帶隙(PhotonicBandGap,簡光波(電磁波)在具有周期性介電常量的介質(zhì)中稱PBG),而落在帶隙中的光是被禁止傳播的,因此傳播時,由于布拉格散射受到調(diào)制而形成能帶結(jié)構(gòu),能將光子局域在某一區(qū)間.關(guān)于光子晶體產(chǎn)生禁帶收稿日期:2005-03-04;
5、修回日期:2005-12-15基金項目:廣東省自然科學(xué)基金資助項目(031502)作者簡介:張蠟寶(1981)),男,四川仁壽人,華南師范大學(xué)物理與電信工程學(xué)院04級碩士生.50大學(xué)物理第25卷的特性可以利用經(jīng)典電磁場理論和Bloch理論分概率成正比的關(guān)系,顯然在光子禁帶內(nèi),光子態(tài)密度析.為了計算方便,在此需作以下兩點假設(shè):1)電磁為零,也即此處原子自發(fā)輻射的概率等于零,而在缺波在組成光子晶體的介質(zhì)中傳播時不衰減,也就是陷處自發(fā)輻射加強.說介電常量為實數(shù);2)介質(zhì)均各向異性.根據(jù)介質(zhì)中的Maxwell方程可以得到:15$@E=-H(1)c5t
6、15$@H=EE(2)c5t21X$@$@H=H(3)Ec其中$#H=0.式(3)是一個H的本征值方程,與本21X征算符/$@$@0對應(yīng)的本征值為,可以進Ec1一步證明算符/$@$@0是厄米共軛的.E由Bloch理論易知,在周期性變化的介質(zhì)中,式i(k#r-Xt)(3)的解所具有的形式為H(r,t)=eHk(r),圖2二維六角光子晶體色散關(guān)系(TEmode)X2P而波矢
7、k
8、==.如果在一維情況下(如圖cK從上面的理論分析可以看出,光子晶體中光波1(a)),E(z)=E(z+a)(a為光子晶體的周期,并且的傳導(dǎo)與超晶格中的電子波的傳導(dǎo)非常相似
9、(見表a=a1+a2),若只考慮沿z方向的傳播,則可將式1):電子波在超晶格中電子波函數(shù)滿足薛定諤方程,(3)改寫為標(biāo)量形式:電磁波在光子晶體中滿足Maxwell方程;它們的格矢221dX2H(z)=H(z)(4)都是呈周期性變化的;將得到的Maxwell方程與薛定Edzc諤方程對比可以得到類似于哈密頓算符的Maxwell式(4)的解也可以簡化成標(biāo)量的Bloch形式:H(z)=ikz1eHk(z),通過代換并化簡,解方程可以得到如下關(guān)算符((=$@$@,并且同樣具有線性、厄E(r)系式:米;通過理論分析發(fā)現(xiàn),光子晶體也同樣出現(xiàn)能帶結(jié)E1Xa1
10、E2Xa2cosk(a1+a2)=coscos-構(gòu),并可能在布里淵區(qū)界面出現(xiàn)帶隙,因此某些頻率cc的光波被禁止傳播.1E1E2E1Xa1E2Xa2+sinsin(5
