光子晶体GaN LED及准晶光子晶体的理论与实验研究

摘要

自1987年以来，光子晶体这种新型的人工电磁材料成为了国内外学者研究的热点。到现在为止，已有许多基于光子晶体的全新光子学器件被相继提出，包括无损耗的反射镜和无阈值的激光器、高品质因子的光学微腔、波长分辨率极高而体积极小的超棱镜、光子晶体光纤，以及高提取效率的发光二极管等。
　　 另外，涉及全球照明革命的LED也是当今的一个热门课题，LED的提取效率及使用寿命一直是科学家们关注的焦点。其中用光子晶体提高提取效率是一种行之有效的方法。本人的一项研究工作主要是通过在氮化镓基LED上加入光子晶体来提高其光提取效率。
　　 同时，准晶这一概念的提出又抓住了好多科学家的视角。目前大量的理论和实验都证明，光子带隙材料不仅局限于周期性排列的晶体结构中，也同样在准晶结构存在，甚至在带隙性能上准晶极大地优于周期光子晶体，具有更广阔的前景。本文另一项工作是对两种结构的准晶光子晶体进行理论优化设计和实验制作方面的研究。本文各个章节的内容如下:
　　 1)主要介绍了光子晶体的理论，制作方法和应用基础。
　　 2)光子晶体氮化镓LED的理论及实验研究。通过设计光子晶体的结构参数，优化LED的光提取效率;针对优化的结构，用双光束全息干涉法制作光子晶体模版，并尝试制作带有光子晶体结构的LED器件。
　　 3)十重准晶光子晶体结构的设计及制作。理论上设计出top-cut五角棱镜干涉仪及十重准晶光子晶体结构，实验上采用共光路多光束全息干涉法制作出准晶结构。
　　 4)sunflower结构准晶光子晶体的带隙特性研究以及带有点和线缺陷的微腔及波导结构的优化设计。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 光子晶体基本原理

1．1．1 光子晶体基本概念

1．1．2 光子晶体理论研究

1．1．3 光子晶体的特性

1．2 光子晶体的应用

1．3 光子晶体的制作方法

2 光子晶体氮化镓LED的理论研究及相关实验

2．1 光子晶体氮化镓LED的发展

2．2 LED相关理论与软件模拟计算

2．2．1 提取效率

2．2．2 Meep简介

2．2．3 软件实现

2．2．4 计算结果

2．3 光子晶体氮化镓LED的相关实验

2．3．1 实验的光路

2．3．2 光敏媒质

2．3．3 实验流程

2．3．4 实验问题分析

2．3．5 实验结果

2．4 结论

3 准周期光子晶体的理论研究及相关实验

3．1 准周期光子晶体简介

3．1．1 准周期光子晶体的基本概念

3．1．2 准周期光子晶体的特性

3．1．3 准周期光子晶体的应用

3．2 用于制作十重准晶的干涉仪的设计

3．2．1 无顶五棱镜干涉仪的配置

3．2．2 参数的优化

3．3 全息法制作十重准晶

3．3．1 实验原理图

3．3．2 实验流程

3．3．3 实验问题及结果分析

3．4 结论

4 sun-flower圆形光子准晶的初步研究

4．1 sun-flower圆形光子准晶及相关计算软件简介

4．2 sun-flower圆形光子准晶带隙的相关计算

4．3 sun-flower圆形光子准晶缺陷模式的初步研究

4．3．1 微腔结构

4．3．2 直线型波导结构

4．3．3 Y型波导结构

4．3．4 U型波导结构

4．4 结论

5 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

致谢

个人简历、在校期间参加课题和发表学术论文