对称性与缺陷对硅光子晶体能带的带宽和缺陷模位置产生影响的研究

摘要

光子晶体是由不同折射率的介质周期性排列而成的微结构，不仅可以用来调控自发辐射，还可以用来控制光的传输和局域。光子晶体还可应用于LED和芯片激光器的谐振与选模。光子晶体与半导体晶体有很多相似的性质，类比半导体晶体进行研究的思想也一度推动了光子晶体的理论和实验的研究。我们类比对硅量子点的对称性和量子受限效应所进行的研究，对硅光子晶体的对称性与缺陷对能带带宽和缺陷模位置所产生影响进行研究。基于理论计算结果，进一步探索了对称性效应和量子受限效应对禁带宽度的共同作用。研究工作主要为设计和制造全硅光子晶体激光器服务。研究工作取得了以下两方面的结论。
　　（1）对称性和量子受限效应之间的竞争是导致禁带宽度发生变化的原因。
　　（2）在研究光子晶体缺陷模的演化时，我们改变光子晶体H1缺陷及其附近介质柱的半径，使得光子晶格缺陷处超晶胞的旋转对称性具有C6v，C3v或C2v等点群的性质，并分析二维圆形介质柱三角光子晶体的局域态在光子禁带中演化。结果显示：随着介质柱的半径的变化，光子晶体局域态的位置会发生变化，其演化表现出阶段性；同时随着对称性破缺程度的加深，会有更多缺陷态进入光子禁带。研究发现C2v超晶格体系具有明显优势：半径变化率小，模式演化速率较小。

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第一章 导论

1.1选题的背景和研究意义

1.2国内外的研究进展和评述

1.3研究的内容结构及其方法思路

第二章 研究的理论基础和方法

2.1平面展开法

2.2密度泛涵理论简介

2.3量子受限效应

2.4计算工具及其方法

第三章 小尺寸硅量子点的量子受限效应和局域态的形成

3.1含一个SI-O-SI桥键的量子点的态密度和结合能

3.2含一个SI=O桥键的量子点的态密度

3.3结构的存在性分析

3.4实验研究

3.5硅量子点的发光分析

3.6本章小结

第四章 量子受限效应和对称性效应对硅光子晶体禁带的影响

4.1光子晶体基元形状对光子禁带的影响

4.2光子晶体散射基元的取向对光子禁带的影响

4.3本章小结

第五章 不同对称性条件下光子晶体局域态的演化

5.1光子晶体局域态的演化

5.2本章小结

第六章 总结与展望

6.1研究成果总结

6.2主要创新点和意义

6.3进一步的研究展望

致谢

参考文献

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附录