用折射率沿半径阶梯增加的二维正方晶格光子晶体获得带隙

为了在二维光子晶体中对带隙位置和宽度进行调控,获得需要的光子晶体带隙,文章提出了一种新的二维光子晶体结构:圆柱介质排列成正方形结构,圆柱介质折射率沿半径阶梯性增加。本文对比研究了下列几种结构:①半径r=0.4μm,晶格常数a=1.2μm,折射率沿半径分2层增加幅度不同;②半径r=0.4μm,晶格常数a=1.6μm,折射率沿半径分2层增加幅度不同;③半径r=0.6μm,晶格常数a=1.8μm,折射率沿半径分3层增加幅度不同;④半径r=0.8μm,晶格常数a=2.4μm,折射率沿半径分4层增加幅度不同。用有限时域差分(FDTD)方法,模拟平面光波通过上述几种二维光子晶体后的能量和透射率,得到光子晶体的带隙。发现在相同结构下,通过改变半径方向每一层的厚度和折射率大小,可以很灵活的调控光子晶体的带隙位置和带隙宽度。

用折射率阶梯增加的二维正方晶格光子晶体获得宽带隙

为了在二维光子晶体材料中获得宽的带隙,并能够按照要求进行带隙位置和宽度调控,文章提出了一种新的二维光子晶体结构:均匀介质圆柱排列成正方形结构,圆柱介质折射率在空间上阶梯性增加。构造二维圆柱介质的正方形光子晶体为:每两层的圆柱介质折射率相同,在y方向折射率阶梯增加。用有限时域差分(FDTD)方法,计算平面光波通过该二维光子晶体后的透射率,得到光子晶体的带隙。发现折射率阶梯增加的紧密型圆柱介质正方形光子晶体,完全带隙不存在,说明当圆形介质柱相切时,不能获得完全带隙;填充率在0.1962~0.3488之间,随着晶格常数增加,带隙的中心波长向长波长方向移动;在相同的填充率下,折射率阶梯增加,并呈周期性变化时,带隙位置没有变,但是带隙宽度变小。

具有介质柱缺陷的二维正方晶格光子晶体的带隙

为了在二维光子晶体中对带隙位置和宽度进行调控,观察介质柱缺陷对光子晶体带隙的影响,文章研究了这样的二维光子晶体结构:介质圆柱排列成正方形结构,圆柱介质折射率沿半径阶梯性增加,在该种光子晶体中设置介质柱缺陷。文章对比研究了下列几种结构:1) 半径r = 0.6 μm,晶格常数a = 1.8 μm,折射率沿半径分3层增加幅度不同,在晶体中预设1~3个空气柱缺陷;2) 半径r = 0.8 μm,晶格常数a = 2.4 μm,折射率沿半径分4层增加幅度不同,在晶体中预设1~2个空气柱缺陷;3) 半径r = 0.8 μm,晶格常数a = 2.4 μm,折射率沿半径分4层增加幅度不同,在晶体中预设1~2个介质柱缺陷;4) 半径r = 0.8 μm,晶格常数a = 2.4 μm,折射率沿半径分4层增加幅度不同,在晶体中分别预设5个空气柱缺陷和介质柱缺陷。用有限时域差分(FDTD)方法,计算平面光波通过上述几种二维光子晶体后的透射率,得到光子晶体的带隙。发现在相同结构下,光子晶体的带隙主要由填充率和结构决定,设置的空气柱缺陷和介质柱缺陷对光子晶体的带隙影响很小。