(TiO2/MgF2)n一维光子晶体异质结构及光学性能研究

摘要

光子晶体是指利用两种或以上的不同介质材料周期排列形成的多层膜微结构，一般是由人工设计和制备而成的。在三种维度的光子晶体中，一维光子晶体由于具有结构简单、易于制备、成本低廉等优势而成为这一领域的研究热点。但是，由于材料介电常数的局限性，适用于制备可见光波段的一维光子晶体的材料比较少，这就使得处于可见光波段的光子带隙往往存在带隙窄、反射率低、吸收高等不足。目前研究具有宽带隙、高反射率、全方位、高透射率窄透过峰的光子晶体的主要方法有以下两种:一是选取合适的高、低折射率的材料，二是改变多层膜的结构，如包覆、嵌套、叠加、引入缺陷、光量子阱。异质结构是由两个或以上的光子晶体叠加或嵌套构建而成的结构。异质结构和光量子阱都是近几年增宽带隙的有效方法。叠加带隙相接的光子晶体的方法可使设计具有高反射率和全方位带隙的光子晶体结构成为可能;光量子阱结构可使设计具有高反射率宽带隙和高透射率窄缺陷模的光子晶体结构成为可能。
　　本论文采用传输矩阵法对由TiO2和MgF2这两种材料构成的异质结构和多量子阱结构在可见光波段的光子带隙及缺陷模的光学特性进行了研究。首先设计出了由TiO2和MgF2组成的(AB)m(CD)n(EF)l光子晶体异质结构，实现了禁带增宽到可覆盖整个可见光波段，该结构可用于可见光波段全方位反射器件;以此结构为基础，研究了由TiO2、MgF2和Bi4Ge3O12组成的(AB)n[Bi4Ge3O12](BA)n异质结构，该结构可用于可见光波段温度传感器;同时还探讨了由TiO2和MgF2组成的(AB)n(BA)m(CD)n和(AB)q(BA)q(CD)p(DC)p异质结构构建可见光波段滤波器的研究，所获得的绿波滤波器具有高透过率且窄半峰宽的特点，红、绿、蓝三通道滤波器可用于白光LED;并就TiO2和MgF2组成的(AB)m(CD)n(AB)m多量子阱构建高透过率多通道滤波器进行了研究，以上研究结果可为可见光波段一维光子晶体的研究提供指导作用。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 光子晶体的概念

1．2 光子晶体的分类

1．3 光子晶体的特征

1．4 光子晶体的应用

1．5 增宽带隙的方法

1．6 课题的提出及研究内容

第二章 光子晶体的理论计算方法

2．1 光子晶体的原理

2．2 光子晶体的计算方法

2．2．1 一维光子晶体能带理论

2．2．2 一维光子晶体传输矩阵法

2．2．3 一维含缺陷的光子晶体传输矩阵法

第三章 可见光波段(TiO2／MgF2)n全反射镜结构及光学性能

3．1 引言

3．2 一维光子晶体(AB)N结构

3．2．1 一维光子晶体(AB)N结构模型及参数

3．2．2 周期数N对光子带隙的影响

3．2．3 晶格常数a对光子带隙的影响

3．2．4 介质填充比η对光子带隙的影响

3．3 两个简单光子晶体组合构建的全反射镜

3．3．1 (AB)m(CD)n一维光子晶体的结构模型和参数

3．3．2 (AB)m(CD)n一维光子晶体的光子带隙特性

3．3．3 不同的周期数m、n对光子带隙的影响

3．3．4 不同的入射角θ对光子带隙的影响

3．4 三个简单光子晶体组合构建的全反射镜

3．4．1 (AB)m(CD)n(EF)l一维光子晶体的光子带隙特性

3．4．2 不同周期数m、n、l对光子带隙的影响

3．4．3 不同的入射角θ对光子带隙的影响

3．5 本章小结

第四章 可见光波段(TiO2／MgF2)n滤波器结构及光学性能

4．1 引言

4．2 (AB)n(Bi4Ge3O12)(BA)n窄通道温度可调滤波器

4．2．1 (AB)n(Bi4Ge3O12)(BA)n结构模型及参数

4．2．2 缺陷层的不同厚度参数d3对光子带隙及缺陷模的影响

4．2．3 不同的周期数n对缺陷模和光子带隙的影响

4．2．4 温度参数T对缺陷模和光子带隙的影响

4．3 (AB)n(BA)m(CD)n窄带单通道滤波器

4．3．1 (AB)n(BA)m(CD)n光子晶体的结构模型及参数

4．3．2 不同周期数n，m对缺陷模和光子带隙的影响

4．3．3 不同的入射角θ对带隙缺陷模的影响

4．4 (AB)q(BA)q(CD)p(DC)p三通道滤波器

4．4．1 (AB)q(BA)q(CD)p(DC)p光子晶体的结构模型及参数

4．4．2 不同周期数q、P对缺陷模的影响

4．4．3 不同的入射角θ对缺陷模的影响

4．5 (AB)m(CD)n(AB)m多通道滤波器

4．5．1 (AB)m(CD)n(AB)m光子晶体的结构模型及参数

4．5．2 不同的结构参数m、n对缺陷模的影响

4．6 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢

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