金属掺杂一维光子晶体的带隙性能研究

来源 :天津师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wangxin3163
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光子晶体在光信息技术和产业的发展中具有重要的地位。一维介电光子晶体带隙宽度有限,为了拓宽其带隙以增强光子晶体的应用,通常在全介电光子晶体中插入金属层,构成金属/介电一维光子晶体。本论文以光学传输矩阵法为理论计算工具,研究了金属插层Al对两类介电一维光子晶体带隙(对光的高反射)性能的影响。为了拓宽高反射带,重点研究金属插层不同插入方式和带隙宽度的关系。  一、从麦克斯韦方程组出发,推导了用于计算一维光子晶体光学性能的传输矩阵,为拟合计算提供了必要的工具;  二、以TiO2和SiO2为组份材料,用H和L分别表示这两种材料光学厚度为1/4波长时的薄膜,构成由(HL)为基本单元组成的A类光子晶体和B类光子晶体。A类光子晶体基本结构模型为(HL)m+n,其中(HL)m+n/glass结构(低折射率物质靠近基底)为本文中的A1结构,(LH)m+n/glass结构(高折射率物质靠近基底)为本文中的A2结构。B类光子晶体由A类光子晶体中的A1和A2两部分结构共同构成,其中结构(HL)m(LH)n/glass(高折射率物质靠近基底)为本文中的B1结构,结构(LH)m(HL)n/glass(低折射率物质靠近基底)为本文中的B2结构。在上述A、B两类光子晶体中分别插入金属Al层,研究了金属Al插层的厚度、插入位置以及个数对所得一维光子晶体带隙性能的影响;  三、结果显示,金属层不同插入方式对光子晶体带隙有不同程度的影响,但不论是在A类光子晶体A1结构中插入金属层,还是在B类光子晶体B1结构中插入金属层,当增加金属Al层的厚度时,带隙都呈现拓宽的趋势,但是拓宽程度越来越小;金属层越靠近空气层,高反射带越宽,但金属层也不宜太靠近空气层,计算表明以一个λ0为宜;随着金属层个数的增加,高反射带先增宽后变窄,金属层个数为2个时可以得到最宽高反射带。研究还表明,金属位置相比金属厚度和金属层个数而言对光子晶体带隙的影响更大。相同条件下,在B类光子晶体B1结构中插入金属层高反射带的拓宽程度大于在A类光子晶体A1结构中插入金属层。在A类光子晶体A2结构中插入金属层,金属层厚度增加高反射带反而略微减小,在B类光子晶体B2结构中插入金属层,金属层厚度增加不能改善缺陷模态。
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