亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        含復(fù)合缺陷層的光子晶體的光學(xué)特性

        2013-12-04 07:22:16溫廷敦許麗萍王志斌
        發(fā)光學(xué)報(bào) 2013年12期
        關(guān)鍵詞:中北大學(xué)帶隙透射率

        陳 磊,溫廷敦,2,3* ,許麗萍,王志斌,4,5

        (1.中北大學(xué)理學(xué)院物理系,山西太原 030051;2.中北大學(xué)微米納米技術(shù)研究中心,山西太原 030051;

        3.中北大學(xué)儀器科學(xué)與動(dòng)態(tài)測試教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,山西太原 030051;4.中北大學(xué)電子測試國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,山西太原 030051;5.中北大學(xué)山西省光電信息與儀器工程技術(shù)研究中心,山西太原 030051)

        1 引 言

        從1987年開始,光子晶體引起了大量研究者的關(guān)注,成為光學(xué)領(lǐng)域的熱點(diǎn)。光子晶體的主要特點(diǎn)是具有光子帶隙[1-2]。電磁波在光子晶體中傳播時(shí),由于多層Bragg散射而出現(xiàn)了光子帶隙,而光遇到光子帶隙就不能傳播。在光子晶體中插入缺陷層時(shí),禁帶中就會(huì)產(chǎn)生局域的缺陷模(在光子禁帶中出現(xiàn)了光子允帶),在該波長處出現(xiàn)了透射通道。因此,可以在完美的光子晶體中引入缺陷層來產(chǎn)生缺陷模[3]。缺陷??梢詰?yīng)用在許多科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域,如濾波器、光導(dǎo)體、光開關(guān)、空腔及指導(dǎo)設(shè)計(jì)出更有效的激光器[4-10]。當(dāng)采用特定的缺陷層和結(jié)構(gòu)時(shí),會(huì)得到不同的帶隙分布。在缺陷模中允許相應(yīng)頻率的光波穿過,所以利用缺陷??梢栽O(shè)計(jì)濾波器。具有多個(gè)缺陷模的晶體可以應(yīng)用于多通道濾波器[11-13]。在以前研究的異質(zhì)結(jié)構(gòu)晶體中也可以出現(xiàn)明顯分立、較窄的光子帶隙[14],但是過分依賴于晶體層數(shù)(層數(shù)非常大)。本文通過引入缺陷層來實(shí)現(xiàn)對(duì)異質(zhì)結(jié)構(gòu)一維光子晶體的優(yōu)化:通過改變引入缺陷層的數(shù)量實(shí)現(xiàn)對(duì)缺陷模數(shù)量的控制。通過改變一維光子晶體的厚度使光子帶隙和缺陷模更加明顯、更加徹底。這為設(shè)計(jì)單、多通道濾波器提供了可靠的依據(jù)。本文所提出的光子晶體結(jié)構(gòu)形成的帶隙和缺陷模對(duì)入射角的變化非常敏感,這為光準(zhǔn)直器件和角度濾光器件的研究提供了理論基礎(chǔ)。

        2 理論及模型

        2.1 理論

        本文以TE波為例進(jìn)行研究,采用傳輸矩陣法[15]來分析計(jì)算文中所提出結(jié)構(gòu)的透射率。我們采用的是復(fù)合缺陷層插入到一維異質(zhì)光子晶體的多層結(jié)構(gòu),以有限層第k層為例,第k層的折射率為nk,厚度為dk,入射角為θk,則第k層的傳輸矩陣表示如下:

        其中βk=2πnkdkcos(θk)為介質(zhì)層的相對(duì)厚度,ηk=nkcos(θk)。逐層應(yīng)用式(1),可以得到整個(gè)晶體的傳輸矩陣:

        透射系數(shù)表示如下:

        透射率為:

        2.2 模型

        建立如圖1所示的結(jié)構(gòu),即(AB)N(AC)L(AB)N。一維光子晶體由A層和B層交替排列組成,復(fù)合缺陷層由A層和C層組成,N和L分別表示一維光子晶體和復(fù)合缺陷層的周期數(shù)。本文采用在以(AB)為單元組成的一維光子晶體中插入復(fù)合缺陷層的結(jié)構(gòu),其中A為SiO2,折射率為1.45,物理厚度為270 nm;B為 TiO2,折射率為2.4,物理厚度為150 nm;C 為 Bi2O3,折射率為2.45,物理厚度為300 nm。

        圖1 光子晶體結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Model of PC heterostructure

        3 數(shù)據(jù)模擬及分析

        3.1 一維光子晶體的透射譜

        圖2 結(jié)構(gòu)為(AB)3(AC)0(AB)3的晶體透射譜Fig.2 Transmission spectra of(AB)3(AC)0(AB)3photonic crystal

        這里不考慮晶體的色散影響。圖2為垂直入射時(shí)(θ=0°)沒有插入復(fù)合缺陷層的光子晶體的透射光譜。在圖2中出現(xiàn)了比較寬而且徹底的光子帶隙,其范圍分別為467~510 nm和1 279~1 715 nm。本文只針對(duì)范圍為1 279~1 715 nm的帶隙進(jìn)行詳細(xì)的研究。我們用Matlab軟件模擬了光子晶體在400~2 500 nm波長范圍內(nèi)的透射光譜,并做了詳細(xì)的分析。

        3.2 透射譜隨復(fù)合缺陷層周期數(shù)的變化

        3.2.1 復(fù)合缺陷層周期數(shù)L為奇數(shù)

        圖3為垂直入射(θ=0°)、復(fù)合缺陷層周期數(shù)L為奇數(shù)時(shí)的(AB)3(AC)L(AB)3光子晶體的透射譜。圖3(a)中插入一層缺陷物質(zhì)(L=1),光子帶隙變?yōu)? 214~1 892 nm,其中缺陷模透射峰中心位置和透射率分別為(1 482 nm,0.873 9)。L=3時(shí),光子帶隙變?yōu)? 160~2 000 nm,其中缺陷模透射峰中心位置和透射率分別為(1 310 nm,0.936 5)、(1 487 nm,0.873)、(1 722 nm,0.952 6),如圖3(b)所示。L=5時(shí),帶隙變?yōu)? 146~2 500 nm,其中缺陷模透射峰中心位置和透射率分別為(1 258 nm,0.972 8)、(1 361 nm,0.909 7)、(1 489 nm,0.869 8)、(1 644 nm,0.914 8)、(1 826 nm,0.987 9),如圖3(c)所示??芍S著缺陷模的周期數(shù)以奇數(shù)增加,缺陷模也以相應(yīng)的奇數(shù)增加,而且以中間峰對(duì)稱出現(xiàn)。在復(fù)合缺陷層層數(shù)增加時(shí),帶隙也在變寬,對(duì)各個(gè)透射峰的透射率影響不大。

        圖3 結(jié)構(gòu)為(AB)3(AC)L(AB)3的光子晶體的透射譜。(a)L=1;(b)L=3;(c)L=5。Fig.3 Transmission spectra of(AB)3(AC)L(AB)3photonic crystal.(a)L=1.(b)L=3.(c)L=5.

        3.2.2 復(fù)合缺陷層周期數(shù)L為偶數(shù)

        圖4為垂直入射(θ=0°)、復(fù)合缺陷層周期L為偶數(shù)時(shí)的(AB)3(AC)L(AB)3光子晶體的透射譜。列出(a)圖是為了與(b)、(c)作對(duì)比。(b)圖中L=2,帶隙變?yōu)? 190~1 934 nm,其中缺陷模透射峰中心位置和透射率分別為(1 365 nm,0.908 5)、(1 630 nm,0.911 3)。(c)圖中 L=4,帶隙變寬為1 157~2 035 nm,其中缺陷模透射峰中心位置和透射率分別為(1 278 nm,0.965)、(1 410 nm,0.881 7)、(1 577 nm,0.890 6)、(1 783 nm,0.976 4)。從(b)和(c)中可以看到,當(dāng)缺陷層以偶數(shù)增加時(shí),缺陷模也以相應(yīng)的偶數(shù)增加。雖然分裂出的缺陷模不是完全對(duì)稱的,但都是由上圖的缺陷模分裂出來的。

        圖4 結(jié)構(gòu)為(AB)3(AC)L(AB)3的光子晶體的透射譜。(a)L=1;(b)L=2;(b)L=4。Fig.4 Transmission spectra of(AB)3(AC)L(AB)3photonic crystal.(a)L=1.(b)L=2.(c)L=4.

        由圖3和圖4可知:(1)缺陷模的數(shù)量與插入復(fù)合缺陷層的個(gè)數(shù)有關(guān),即缺陷模的個(gè)數(shù)等于缺陷層的周期數(shù)L;(2)缺陷模先在光子帶隙的中間位置出現(xiàn),隨著復(fù)合缺陷層周期數(shù)的增加向兩邊展開;(3)這些缺陷模透射峰的共同特點(diǎn)為:透射率都非常接近于1,隨著復(fù)合缺陷層周期數(shù)的增加也不會(huì)有太大的衰減。綜上所述,這種結(jié)構(gòu)的光子晶體通過插入復(fù)合缺陷層得到缺陷模,既可以得到合適的缺陷模數(shù),也保證了透射峰的高透射率。該結(jié)構(gòu)的光子晶體的這些特性可作為單、多通道濾波器的理論參考。

        3.3 透射譜隨一維光子晶體周期數(shù)N的變化

        圖5為垂直入射(θ=0°)、一維光子晶體周期數(shù)不同時(shí),(AB)N(AC)6(AB)N光子晶體的透射譜。從圖中可以得出,隨著一維光子晶體厚度的增加(周期數(shù)N的增大),6個(gè)缺陷模位置和帶隙寬度的變化很小,但缺陷模和帶隙變得更加明顯、更加徹底。圖5(a)中6個(gè)透射峰的透射率從左到右依次為 0.906 9,0.892 4,0.877 5,0.874 6,0.886 1,0.903 2;圖 5(b)中6 個(gè)透射峰的透射率為0.981 2,0.919 5,0.874 6,0.878 2,0.935 2,0.994 9;圖 5(c)中 6 個(gè)透射峰的透射率為 0.867 9,0.881 4,0.451 7,0.573 6,0.846 4,0.973 4;圖 5(d)中 6 個(gè)透射峰的透射率為0.891 6,0.220 3,0.085 3,0.317 3,0.713 8,0.949 7;圖5(e)中6個(gè)透射峰的透射率為 0.967 1,0.034 82,0,0.094 94,0.185 0,0.920 5。由以上數(shù)據(jù)可得:(1)靠近帶隙邊緣的缺陷模的透射率變化不大。(2)中間缺陷模的透射率受一維光子晶體厚度的影響較大,在急劇減小。以左起第4 個(gè)透射峰為例,在N=3,6,7,8 時(shí),這個(gè)透射峰的透射率分別為0.878 2,0.573 6,0.317 3,0.094 94。當(dāng)厚度增加到 N=8時(shí),透射峰的透過率已接近于0。由此可知,中間缺陷模的透射率對(duì)一維光子晶體的厚度變化非常敏感。該結(jié)構(gòu)的這種性質(zhì)可以應(yīng)用于設(shè)計(jì)和完善壓力傳感器和加速度計(jì)。

        圖5 結(jié)構(gòu)為(AB)N(AC)6(AB)N光子晶體的透射譜。(a)N=1;(b)N=3;(c)N=6;(d)N=7;(e)N=8。Fig.5 Transmission spectra of(AB)N(AC)6(AB)Nphotonic crystal.(a)N=1.(b)N=3.(c)N=6.(d)N=7.(e)N=8.

        3.4 透射譜隨入射角θ的變化

        圖6為入射角依次為 0,π/6,π/4,π/3時(shí),(AB)3(AC)1AB)3光子晶體的透射譜。比較4個(gè)圖可知,隨著入射角的增大,缺陷模的透射峰中心位置由1 482 nm依次變到1 278,1 048,743 nm,表明缺陷模向短波方向移動(dòng),光子帶隙的寬度在減小。由此可知,該結(jié)構(gòu)的光子晶體對(duì)入射角的變化非常敏感。這種性質(zhì)為光準(zhǔn)直器件和角度濾光裝置的設(shè)計(jì)提供了可靠的理論依據(jù)。

        圖6 結(jié)構(gòu)為(AB)3(AC)1AB)3的光子晶體的透射譜。(a)θ=0°;(b)θ=30°;(c)θ=45°;(d)θ=60°。Fig.6 Transmission spectra of the(AB)3(AC)1AB)3.(a)θ=0°.(b)θ=30°.(c)θ=45°.(d)θ=60°.

        4 結(jié) 論

        結(jié)構(gòu)為(AB)N(AC)L(AB)N的光子晶體,在不加缺陷層(L=0)、光波垂直入射時(shí)出現(xiàn)了兩處較寬的光子帶隙(467~510 nm,1 279~1 715 nm)。重點(diǎn)研究了范圍為1 279~1 715 nm的帶隙。插入L層復(fù)合缺陷層后,會(huì)在帶隙中產(chǎn)生L個(gè)缺陷模,而且有加寬原來帶隙的作用。一維光子晶體周期數(shù)N的增加可以使帶隙和缺陷模變得更加徹底、更加明顯,邊沿更加陡直,各透射峰的中心位置基本不變,但透射峰的半峰寬度減小。當(dāng)一維光子晶體的厚度在一定范圍內(nèi)變化時(shí)(N=6~8),對(duì)靠近帶隙中間位置透射峰的透射率影響很大,該性質(zhì)可以應(yīng)用于設(shè)計(jì)和完善壓力傳感器和加速度計(jì)。研究還發(fā)現(xiàn),該結(jié)構(gòu)的光子晶體不用加太多的一維光子晶體就可以起到優(yōu)化缺陷模透射峰的半峰寬度和透射率的效果。在入射角發(fā)生改變時(shí),缺陷模透射峰的透射率和半峰寬度不發(fā)生改變,只有中心位置向短波方向移動(dòng)。該結(jié)構(gòu)中缺陷模對(duì)入射角的變化非常敏感,可以應(yīng)用于光準(zhǔn)直器件和角度濾光裝置的制作。該結(jié)構(gòu)缺陷模的數(shù)量由缺陷層的個(gè)數(shù)來決定,因而對(duì)制作可調(diào)的單、多通道的濾波器具有重要意義。

        [1]Yablonovitch E.Inhibited spontaneous emission in solid-state physics and electronics[J].Phys.Rev.Lett.,1987,58(20):2059-2062.

        [2]John S.Strong localization of photons in certain disordered dielectric superlattices[J].Phys.Rev.Lett.,1987,58(23):2486-2489.

        [3]Liu H K,Luo C T,Chen T.Design considerations of multi-channel photonic crystal devices[J].J.Vacuum Sci.Technol.(真空科學(xué)與技術(shù)學(xué)報(bào)),2009,29(z1):36-38(in Chinese).

        [4]Zou H.One-dimensional Photonic Crystal All-optical Switches and Logic Gates[D].Guangzhou:Sun Yat-sen University,2008(in Chinese).

        [5]Wang Y,Wu Y D,Li J G,et al.Fabrication of hybrid sol-gel SiO2optical waveguide devices by UV-light imprinting[J].Chin.J.Semicond.(半導(dǎo)體學(xué)報(bào)),2007,28(7):1130-1133(in Chinese).

        [6]Liu S,Liu Y G,Liu R Y,et al.All-fibre flat-top comb filter based on high-birefringence photonic crystal fibre loop mirror[J].Chin.Opt.(中國光學(xué)),2010,3(1):64-69(in Chinese).

        [7]Luo Z M,Sun J G,Liu J.All-optical switch based on two-dimensional nonlinear photonic crystal waveguide[J].Semiconductor Optoelectronics(半導(dǎo)體光電),2006,27(6):683-685(in Chinese).

        [8]Wang H,Ouyang Z B,Yan L,et al.Amplification of one-dimensional photonic crystals defect-mode laser[J].Acta Optica Sinica(光學(xué)學(xué)報(bào)),2006,26(11):1691-1697(in Chinese).

        [9]Deng K F,Shi D F,Jiang M P,et al.Progress in the study of photonic crystal[J].Chin.J.Quant.Elect.(量子電子學(xué)報(bào)),2004,21(5):555-564(in Chinese).

        [10]Chen S Y,Zhuang D X,Qiang Z X,et al.1×4 optical multiplexer based on self-collimation effect in silicon photonic crystals[J].Opt.Precision Eng.(光學(xué) 精密工程),2012,20(12):2626-2632(in Chinese).

        [11]Zheng H R,Zhou J,Xue C H,et al.Design of super narrow band and comb-shaped multi-channel photonic crystal filters[J].High Power Laser and Particle Beams(強(qiáng)激光與粒子束),2006,18(11):1917-1921(in Chinese).

        [12]Ouyang Z N,Li J Z,Zhang D Z,et al.Investigations on multi-layer photonic-crystal optical-filters[J].Acta Optica Sinica(光學(xué)學(xué)報(bào)),2002,22(1):79-84(in Chinese).

        [13]Xian F,Shen X N,Jiang M P,et al.Studies on the defect mode properties of 1D photonic crystal[J].Acta Photonica Sinica(光子學(xué)報(bào)),2005,34(12):1876-1880(in Chinese).

        [14]Li Q L,Wen T D,Xu L P.Photonic bandgap properties of triply periodic photonic crystal heterostructures[J].Chin.J.Lumin.(發(fā)光學(xué)報(bào)),2012,33(12):1347-1350(in Chinese).

        [15]Pendeby J B,Mackinnon A.Calculation of photon dispersion relation[J].Phys.Rev.Lett.,1992,69(19):2772-2775.

        猜你喜歡
        中北大學(xué)帶隙透射率
        《中北大學(xué)學(xué)報(bào)(社會(huì)科學(xué)版)》征稿啟事
        密度泛函理論計(jì)算半導(dǎo)體材料的帶隙誤差研究
        中北大學(xué)信創(chuàng)產(chǎn)業(yè)學(xué)院入選首批現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)學(xué)院
        《中北大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)》征稿簡則
        一種基于BJT工藝的無運(yùn)放低溫度系數(shù)的帶隙基準(zhǔn)源
        有機(jī)相化學(xué)鍍鋁法制備Al/石墨烯復(fù)合材料粉末
        純色太陽鏡鏡片耐日光輻照性能試驗(yàn)研究
        間距比對(duì)雙振子局域共振軸縱振帶隙的影響
        一款高PSRR低溫度系數(shù)的帶隙基準(zhǔn)電壓源的設(shè)計(jì)
        電子制作(2018年1期)2018-04-04 01:48:38
        石墨烯光柵太赫茲透射特性的研究
        国产福利一区二区三区视频在线看| 国产精品理论片| 欧洲熟妇色xxxx欧美老妇多毛图片| 亚洲自拍另类制服在线| 欧美xxxxx精品| 国产在线av一区二区| 亚洲av无码乱码在线观看性色| 手机在线看永久av片免费| 中文字幕巨乱亚洲| 91人妻人人做人人爽九色| 国产香蕉视频在线播放| 亚洲av无码国产精品色午夜洪| 久久国产亚洲精品超碰热| 少妇勾引视频网站在线观看| 久久精品性无码一区二区爱爱| 一区二区三区在线视频爽| 精品亚洲天堂一区二区三区| 亚洲av不卡一区二区三区| 国产在线一区观看| 黄页国产精品一区二区免费| 97人妻精品一区二区三区男同| 成人免费一区二区三区| 久久福利资源国产精品999| 亚洲女同性恋激情网站| 国产极品粉嫩福利姬萌白酱| 国产肉丝袜在线观看| 国产AV高清精品久久| 国产丝袜美腿在线播放| 免费黄色影片| 久久AV中文一区二区三区| 经典亚洲一区二区三区| 女人18片毛片60分钟| 天美传媒精品1区2区3区| 国产伦精品一区二区三区视| 丰满少妇一区二区三区专区| 国产99一区二区三区四区| 国产69精品久久久久777| 尤物99国产成人精品视频| 中文字幕精品人妻av在线| 亚洲国产中文字幕视频| 欧美日韩一卡2卡三卡4卡 乱码欧美孕交|