反鐵磁光子晶體的磁-聲極化子及光學(xué)性質(zhì)研究.pdf

1、磁光子晶體指的是組分中至少有一種是磁有序介質(zhì)的光子晶體,它已經(jīng)成為當前研究中的一個熱點。主要原因有以下幾點:1.它在結(jié)構(gòu)上的可控性很容易實現(xiàn),通過選擇組分、組分形態(tài)、組分比等方面可實現(xiàn)對光學(xué)性質(zhì)的設(shè)計和調(diào)控;2.可以產(chǎn)生單一組分介質(zhì)不具備的奇異性質(zhì),如帯隙的出現(xiàn)和左手性;3.通過外加磁場可直接調(diào)制光學(xué)性質(zhì)。這些特點可以為新型光子器件的開發(fā)提供多種可能選擇。反鐵磁介質(zhì)的響應(yīng)頻率大都在毫米到遠紅外區(qū)間,這正是 THz技術(shù)要發(fā)展的區(qū)間。我們找

2、到了響應(yīng)頻率和反鐵磁體很匹配的一類離子晶體,希望由它們構(gòu)成光子晶體可以獲得新的性質(zhì)。本論文通過傳遞矩陣法和等效介質(zhì)法研究了一維離子晶體/反鐵磁體光子晶體的磁/聲極化子譜和光學(xué)性質(zhì)以及二維體系光子晶體的磁/聲極化子譜。
　　應(yīng)用等效介質(zhì)理論和傳遞矩陣法研究了一維反鐵磁光子晶體(反鐵磁超晶格)的磁/聲極化子譜。提出了磁/聲極化子這個概念。這是因為體系中的反鐵磁性物質(zhì)的磁矩能夠和電磁波的磁場耦合,產(chǎn)生磁極化子;使用的離子晶體的聲子橫向光

3、學(xué)模式可以和電磁波中電場耦合產(chǎn)生聲極化子。因此,當兩種介質(zhì)構(gòu)成光子晶體時,體系具有的集體激發(fā)應(yīng)稱之為磁/聲極化子。
　　通過對共振區(qū)間及近域的磁/聲極化子譜的分析發(fā)現(xiàn):在共振頻率附近的某些位置上,帶結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)了額外兩個小體模帶,它們的群速度為負值。在小體模帶周圍分布許多不同特點的表面模式。這和單一組分的性質(zhì)完全不同。
　　使用傳遞矩陣方法討論了一維反鐵磁晶體光子晶體的光學(xué)性質(zhì),包括透射、折射以及吸收性質(zhì)。仔細分析透射譜后發(fā)現(xiàn)

4、,與磁/聲極化子譜中兩個小體模帶對應(yīng)的是兩個小的透射帶。使用兩個小帶內(nèi)的頻率計算折射角,發(fā)現(xiàn)某些頻段的能流與波矢夾角大于90,小于o180,這說明體系具有準左手性。更有趣o的是在左手性的頻區(qū)內(nèi),部分頻率區(qū)域上折射角為負值,表明體系可以具有負折射性質(zhì)。當偏振和入射方向適宜并且體系的介電系數(shù)和磁導(dǎo)率同時為負值時在這樣的結(jié)構(gòu)中可以獲得負折射或準左手性,甚至同時具有兩種性質(zhì)。因而在相應(yīng)的頻區(qū)上反鐵磁光子晶體的折射率是負的。從吸收譜很容易看出,對