由不同材料构成的光子晶体中的光子带隙和局域特性

发布时间：2022-01-22 05:43

　　光子晶体是指具有光子带隙特性的由不同折射率的材料周期排列而成的人造微纳结构。光子晶体的基本特征是可以控制电磁波的传播,比如,禁止光在某些特定波长范围内的传播。如果在周期排列的光子晶体中插入缺陷层,打乱光子晶体的周期性,则可以在光子禁带中产生一个缺陷模,缺陷模波长的光波不再被禁止传播,而是可以透射穿过光子晶体。近些年来,离子束技术被用于调制材料的光学特性,其中一种典型的应用就是改变材料的折射率。光子晶体的光学特性依赖于结构中材料的参数,包括材料的折射率和厚度等。据此,我们利用离子辐照等手段作用在一维光子晶体上,研究材料的参数改变对光子晶体中的光子带隙和光子局域的影响。近年来,随着微纳加工技术的不断进步,在亚波长尺度下,物质与电磁波的相互作用引起了人们的广泛关注。超构材料是一种由尺寸远小于工作波长的基本单元按照某种排部方式所组成的人工微纳材料,其有着自然界中的天然材料所不存在的特殊电磁特性,比如负折射、完美成像及特殊的色散特性等。在此基础上,将超构材料和常规材料构成光子晶体,这类光子晶体相较于完全由常规材料组成的光子晶体,将会有更多的奇特电磁性质。本论文主要做了两方面的理论和实验工作。一是... 

【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：58 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１－２双曲超材料中的横磁波的等频率面

陷光子晶体的光子局域特性的有效调制。最后一部??分给出本章的总结。??２．?２离子辐照调制光子晶体中的光子带隙的理论和实验研究??（ａ）?（ｂ）??Ｃ５＋?Ｉｏｎ?Ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ?Ｃ５＋?Ｉｏｎ?Ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ??？？？？？？?？？？？？？：．??？？：？？？？？？？？？？?？？？？？？？？？？？？？？?Ｓｉ〇２（Ａ）??？?＃?＊?？?？?？?？?＊?？?？??＊＊．．；：＊；／？：＊．?？Ｔｉ〇２（Ｂ）??（Ｄ）??图２－１．?（ａ）经过Ｃ５＋离子辐照的光子晶体（ＡＢ）Ｎ的示意图。（ｂ）经过Ｃ５＋离子辐照的含缺陷的光??子晶体（ＡＢ）ＭＤ（ＢＡ）Ｍ的示意图。??我们制备了两种不同类型的一维光子晶体用于离子辐照调制。首先，我们设??计并制备了由两种不同的介质材料Ａ和Ｂ构成的周期光子晶体（ＡＢ）Ｎ，其中Ａ??表示Ｓｉ０２层，其折射率为仏＝１．４３１［５４】，Ｂ表示Ｔｉ〇２层，其折射率为ｎＢ＝２．１２３［５４〗，??Ｎ为周期数。其次，我们设计并制备了含缺陷的光子晶体（ＡＢ）ＭＤ（ＢＡ）Ｍ，其中缺??陷层Ｄ为Ｓｉ０２或Ｔｉ０２薄膜，Ｍ是周期数。对于两种不同种类的一维光子晶体，??我们使用了不同剂量的碳离子束进行辐照，并研究了其光学性质的变化趋势。??１２??

」￣ｉ——■——ｉ——，■－丨、－ｉ——ｉ—－——ｉ——＇?■——ｉ——■—??｜?１０?卜丫?Ｖ＼ｙ＼?ｌ＼??｜?ａ？＼?＇?＇＇＼＼＼?（ｃ）??１醒…，…■＇靡??〇＝］Ｍ?ｅ＝ｉ，??ｎ?Ａ?？？？？＼，＞＾ｙ?＼?２Ｅ１４?ｉｏｎｓ／ｃｍ３?，?；?（６）??０－０」?ｒ＾＊一十一—Ｔ…一１?ｉ?１?ｉ?■＂?ｌ?－?．?ｉ?＞?ｉ?１??４５０?５００?５５０?６００?６５０?７００?７５０?８００??Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ?（ｎｍ）??图２－２．在不同入射角度、偏振和辐照条件下，光子晶体（ＡＢ）Ｉ５Ｓ的透过谱。??光子晶体（ＡＢ）Ｎ和（八８严０（１３八严是在高真空条件下，通过离子辅助的电子束??蒸发镀膜设备在衬底（Ｓ）上蒸镀而成，其中Ｓ表示折射率为ｎｓ＝１．５２的ＢＫ７衬底。??如图２－ｌ（ａ）和２－ｌ（ｂ）所示，光子晶体制备完成之后，再利用不同剂量的Ｃ５＋离子辐??照进行处理。图?２－２（ａ）、２－２（ｂ）、２－２（ｃ）、２－２（ｄ）和?２－２（ｅ）给出了（ＡＢ）１５Ｓ?在两种偏??振光的不同入射角条件下的透射率图谱。Ａ和Ｂ的厚度分别为Ａ＝１１４．２ｎｍ和??ｄｓ＝７７．０ｎｍ，其中它们的光学厚度近似满足仏也＝ｎＢｄＢ?＝?／?４，Ａｍ是光子禁??带的中心波长。黑色实线和蓝色虚线分别描述了没有经过Ｃ５＋离子辐照的光子晶??体的理论和实验的透射光谱，其中理论光谱通过传输矩阵法计算得到［５５］。理论??和实验结果之间的微小偏差，来源于薄膜沉积过程中的膜层厚度监测中的误差以??及理论和实验材料之间的折射率差异。红色虚线和绿色虚线分别表示了经过Ｃ５＋??离子辐照（剂量分别为１．０Ｘ


本文编号：3601647