二維光子晶體的表面模特性和位移傳感特性研究.pdf

1、本論文首先研究了大空洞結(jié)構(gòu)的二維光子晶體的帶隙特性,結(jié)果表明:空洞結(jié)構(gòu)的二維光子晶體在空洞直徑為1.13a(a為晶格常數(shù))時,帶隙寬度達(dá)到最大值,形成新型大直徑空洞型結(jié)構(gòu)的二維光子晶體。當(dāng)空洞介質(zhì)和介質(zhì)柱的折射率差小時,無法形成帶隙;當(dāng)介質(zhì)柱折射率不變時,隨空洞填充介質(zhì)的折射率的增加,帶隙寬度漸漸減小;當(dāng)空洞填充介質(zhì)的折射率不變時,隨著介質(zhì)柱的折射率增大,帶隙逐漸出現(xiàn),并開始顯著增大,但隨著介質(zhì)柱折射率的進一步增大,帶隙會緩慢變小。將研

2、究結(jié)果與常見結(jié)構(gòu)的二維光子晶體的帶隙特性進行比較后發(fā)現(xiàn):兩者的帶隙特性非常相似。
　　其次,本論文對二維光子晶體的表面模的特性進行研究。所采用的計算方法是將常見的平面波展開法進行多次計算,整合各結(jié)果獲得整個表面模特性。利用這一方法,本論文對圓柱介質(zhì)柱四方晶格、圓柱介質(zhì)柱三角晶格、正方介質(zhì)柱四方晶格、正方介質(zhì)柱三角晶格四種結(jié)構(gòu)的表面模特性與表面介質(zhì)柱尺寸的關(guān)系進行了研究。研究結(jié)果表明:隨著表面介質(zhì)柱尺寸的增加,相同晶格結(jié)構(gòu)的表面模曲

3、線逐漸下降。與三角晶格相比,四方晶格光子晶體的表面介質(zhì)柱尺寸的變化范圍更大,能獲取表面模式頻率范圍較小。只有當(dāng)入射光的波長位于可作為表面模式傳導(dǎo)的頻率范圍內(nèi),才能比較好的限制在晶體表面?zhèn)鞑?。否則光將向空氣或晶體中傳播,使得沿表面方向的光強迅速減弱消逝。計算結(jié)果非常符合光的傳導(dǎo)現(xiàn)象。
　　最后,本論文對超晶格結(jié)構(gòu)二維光子晶體的位移傳感特性進行研究。將超晶格結(jié)構(gòu)的二維光子晶體拆分成兩部分,分別固定在兩塊基底上。隨著兩部分的錯位移動,引

4、起光子晶體的帶隙特性發(fā)生變化。利用平面波展開法,對錯位移動引起的帶隙特性變化進行計算,獲得位移傳感的理論結(jié)果。結(jié)果表明:在結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)定上,移動介質(zhì)柱的半徑越大,在移動過程中所產(chǎn)生的帶隙變化越明顯。移動介質(zhì)柱最佳的半徑值為0.3μm,形成的超晶格結(jié)構(gòu)的二維光子晶體。當(dāng)移動介質(zhì)柱位于固定介質(zhì)柱的晶格中心位置時,存在兩處明顯且寬度較大的帶隙,中心波長分別為1.37μm和2.11μm。利用這兩種波長的入射波進行透射光檢測,發(fā)現(xiàn)兩者的透射光譜隨