光子晶體及其應(yīng)用的數(shù)值模擬研究.pdf

1、光子晶體是一種存在帶隙的周期結(jié)構(gòu)的人造材料.其特點(diǎn)是光子晶體能夠完全反射頻率處于帶隙內(nèi)的電磁波或完全抑制頻率處于帶隙內(nèi)的自發(fā)輻射.由于光子晶體能帶理論是一種精確的理論,因此,在光子晶體的研究中,理論工作就有著特別重要的意義.本文首先詳細(xì)討論了用于光子晶體能帶計(jì)算的Order-N算法和直角坐標(biāo)系下用于發(fā)光二極管光輸出效率計(jì)算的電磁場(chǎng)的時(shí)域有限差分算法.其次,我們利用一般坐標(biāo)系下的Order-N算法計(jì)算了Sierpinski地毯結(jié)構(gòu)光子晶體

2、的能帶.計(jì)算結(jié)果表明,這種準(zhǔn)分形結(jié)構(gòu)光子晶體的能帶具有一定的自相似性.其帶隙具有多頻帶隙的特性且?guī)兜闹行念l率會(huì)隨著分形結(jié)構(gòu)單元幾何形狀的改變而改變.當(dāng)這種準(zhǔn)分形結(jié)構(gòu)光子晶體中含有理想導(dǎo)體時(shí),其能帶不但具有大的絕對(duì)帶隙,多頻帶隙的特性,而且,隨著分形級(jí)數(shù)的增大,能帶會(huì)迅速趨向于能級(jí)結(jié)構(gòu).再次,利用上述能帶的特性,我們討論了這種準(zhǔn)分形結(jié)構(gòu)光子晶體在波分復(fù)用濾波器上的應(yīng)用.計(jì)算結(jié)果表明,通過改變分形結(jié)構(gòu)單元的幾何形狀,我們可以較方便地調(diào)諧波

3、分復(fù)用濾波器的濾波頻率.最后,利用直角坐標(biāo)系下的時(shí)域有限差分算法,我們?cè)敿?xì)討論了光子晶體在提高GaN發(fā)光二極管光輸出效率中的作用.計(jì)算結(jié)果表明,對(duì)于GaN材料,選擇石墨點(diǎn)陣柱狀光子晶體在制備上較有利,同時(shí),只有含中心柱結(jié)構(gòu)的這種光子晶體可以提高GaN發(fā)光二極管的光輸出效率.另外,在塔狀光子晶體柱角度合適的情況下,塔狀光子晶體柱能有效地提高GaN發(fā)光二極管的光輸出效率.而光子晶體柱半徑和柱心位置的隨機(jī)變化會(huì)隨機(jī)地改變GaN發(fā)光二極管的光輸