可见光波段一维光子晶体多量子阱结构光学特性的研究

摘要

光子晶体是一种在几何尺度上具有周期性结构的多层膜结构,在很大程度上是由人工设计和制造而成的。由于适宜于可见光区域的光子晶体材料较少、所得带隙较窄,制约了其发展。目前具有宽带隙、全方位、高反射率光子禁带的研究包括两方面:一是高、低折射率配比适宜材料的选取,但可选材料有限,难以有效展宽光子禁带;二是结构模型的改进,如包覆、缺陷、嵌套、多量子阱结构等,多量子阱结构是近几年增宽带隙的有效方法之一。光量子阱结构可为设计既具有高反射率又具有全方位反射特性带隙成为可能;也为获得带有窄缺陷膜的较宽带隙结构成为可能,这种一维光量子阱在可见光及近红外波段光子器件如全方位反射镜、二极管、激光器件、波导中具有潜在的应用价值,已成为近年来人们关注的热点之一。
　　 总体来看,一维多层膜结构具有较二维、三维多层膜结构简单、易于制备、成本低廉等优势,我们选用Ta2O5、Si、Zn、TiO2、MgF2、SiO2等,采用传输矩阵法对Ta2O5/MgF2、Si/MgFz、ZnS/MgF2、TiO2/SiO2多层膜构成的多量子阱结构在可见光波段带隙的光学特性进行了理论分析。首先研究Ta2O5/MgF2一维光量子阱结构,实现和展宽禁带的宽度,用于可见光波段全方位反射器件的研究;以此为基础分别研究由Si/MgF2、ZnS/MgF2构成的(AB)2(CD)m[(AB)4(CD)m]q-1(AB)2多量子阱结构,为设计无荧光双色单芯片高效能白光LED和UV-LED提供理论指导;最后,研究由TiO2/SiO2构成的(EF)4(AB)3(CD)1(AB)3异质结构和由Si/MgF2组成(AB)2(CD)m[(AB)3(CD)m]q-1(AB)2量子阱结构分别在紫光滤波器和红、绿、蓝三通道滤波器中给出了具体的参数,以便对实验和实际生产起一定的借鉴和指导作用。
　　 多量子阱具有很广阔的应用前景,至今已取得了很多应用。然而适用于可见光波段光子晶体多量子阱仍然匮乏,本文用数值模拟的方法从具有简单结构的一维多量子阱结构着手,研究多量子阱势垒重复周期m、势阱重复周期s、量子阱重复周期q、入射角等参数对光学特性的影响,优化结构模型,获得光学性能优异的最佳结构参数,缩短了实际生产中探究时间,为实际应用提供理论依据。