含周期缺陷的二维光子晶体的理论研究

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光子晶体是人工制造的可对光子进行控制的周期性结构,它是拥有光子带隙特征的新型光学材料。其丰富的光学特性带来广阔的应用前景。 本文在理论上对含周期缺陷的二维复式光子晶体材料进行了理论计算,使用平面波展开法,有限时域差分法对材料的能带结构,光学响应和电场分布等从不同的角度进行了研究讨论,将各种算法的不同优点相结合,揭示了这种含周期缺陷的二维复式光子晶体材料的光学规律。 把具有宽完全带隙的粗锐复合的周期常数为a的二维正方格子再与周期常数为a<,2>的大周期简单正方格子复合,发现大周期正方格子起缺陷作用。当a<,2><5 a时,缺陷态明显地随入射角度变化。此变化随a<,2>的增大而减少。用时域有限差分法计算了其透射和反射谱,结果表明缺陷峰透射率与a<,2>的大小成反比。另外,缺陷峰结构与大周期正方格子的圆柱直径的关系曲线与a<,2>关系不大。通过调节大周期正方格子的圆柱的直径,可获得单缺陷峰、多缺陷峰、单一偏振(TE模)单缺陷峰或TM模和TE模重叠或分开的缺陷峰等。 利用FDTD算法和平面波展开法相结合,对含周期缺陷的二维复式光子晶体材料结构的电场分布进行了计算。通过对结果的讨论,发现了缺陷模在结构中的传播机制;从电场分布的角度分析了影响材料光学响应效率的原因和因素;对于能带图中显示的材料方向色散性的变化原因,从电场分布的角度给予了研究和讨论。
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