光子晶體器件帶隙性能和微型化研究.pdf

1、隨著大量數(shù)字多媒體業(yè)務(wù)的涌現(xiàn),人們對于帶寬和數(shù)據(jù)處理速度的需求日益增長,但是微電子技術(shù)的飛速發(fā)展卻遇到了“電子瓶頸”問題。由于光子具有高傳輸速率,高容錯(cuò)性以及高密度等優(yōu)點(diǎn),光子代替電子作為信息的載體已是人們的共識(shí)。但是光子也存在著缺點(diǎn):傳統(tǒng)光學(xué)對光的控制主要依賴于光的全內(nèi)反射原理。要實(shí)現(xiàn)全反射,與波長相比,界面必須足夠光滑足夠大,而且光路的轉(zhuǎn)角不能太大,這限制了光學(xué)元件的微型化。因此集成光學(xué)器件的尺寸和集成度問題,一直是困擾集成光學(xué)發(fā)展

2、的重要問題之一。光子晶體可以通過光子帶隙和帶隙缺陷實(shí)現(xiàn)對光的控制,提供比現(xiàn)有電子器件大得多的帶寬和更高的數(shù)據(jù)處理速度。同時(shí)光子晶體相對于傳統(tǒng)的光學(xué)器件具有體積小、損耗小、功能豐富等優(yōu)點(diǎn),所以被認(rèn)為是最有前途的光子集成材料,稱為光子半導(dǎo)體。
　　 論文首先研究了常見簡單晶格光子晶體的能帶,詳細(xì)分析了光子晶體器件相對最大帶隙寬度的影響因素。建立了一個(gè)通用的光子晶體器件最小化失效性測定模型,通過此模型得到了特定光子晶體器件微型化的有效

3、最小晶格周期數(shù)。最后詳細(xì)分析了光子晶體器件微型化的相關(guān)影響因素。論文主要的工作及創(chuàng)新點(diǎn)如下:
　　 (1)通過數(shù)學(xué)推導(dǎo)論證了正三邊形和正六邊形晶格的簡約布里淵區(qū)完全相同?；谠摻Y(jié)論在MPB仿真程序中設(shè)定相關(guān)晶格的簡約布里淵區(qū),實(shí)現(xiàn)了對光子晶體器件能帶結(jié)構(gòu)和帶隙性能的分析。
　　 (2)數(shù)學(xué)推導(dǎo)了二維圓柱形介質(zhì)柱光子晶體的能帶結(jié)構(gòu),通過MPB軟件對正三邊形和正六邊形晶格的光子晶體能帶進(jìn)行了分析。填充因子和介質(zhì)柱的相對介電常

4、數(shù)以及晶體的晶格形狀都會(huì)影響晶體的能帶結(jié)構(gòu)。
　　 (3)分別分析了正三邊形和正六邊形晶格二維空氣背景圓柱形介質(zhì)柱光子晶體帶隙中TM和TE模式最大相對帶隙寬度和中心頻率的影響因素。分析結(jié)果表明,晶格的填充率和圓柱形介質(zhì)柱的相對介電常數(shù)都會(huì)影響光子晶體器件的相對最大帶隙寬度。
　　 (4)建立了一個(gè)通用的光子晶體器件最小化失效性測定模型,通過此模型可以得到不同光子晶體器件微型化的有效最小晶格周期數(shù)。對于正四邊形晶格,空氣背