论文部分内容阅读
光子晶体由于拥有丰富的物理内涵和广阔的应用前景而受到科技工作者的广泛关注。光子晶体的主要特征是具有光子带隙,频率落在带隙范围内的电磁波是不允许通过的。利用这一特征,光子晶体在现实中有许多的应用,例如,可以设计激光二极管和光波导器件,甚至还可以设计光滤波器、光开关。近年来,光子晶体基于带隙的存在,用于发光二极管后可以大大提高LED的出光效率再次成为研究热点。因而,研究光子晶体的能带理论是非常有意义的。本文主要研究了两方面的内容：(1)二维光子晶体的完全带隙；(2)二维平板光子晶体用于提升GaN基绿光LED出光能量的研究。首先,在二维正方晶格光子晶体中,我们提出一种二维椭圆空气穴正方晶格光子晶体结构,通过调节椭圆的方位、长短轴之比以及填充率,获得了较优化的完全带隙值,当系统填充率为F=0.608时,最大完全带隙宽度为0.0332。与之前通过降低晶格对称性寻找完全带隙的方法相比,这种排列没有改变晶格的C4v对称性,在晶格保持较高对称性的情况下获得了与以往晶格对称性较低情况下相当的完全带隙宽度值,为光子晶体完全带隙的设计以及光子器件的应用提供了理论指导。然后,我们利用三维时域有限差分(FDTD)法,完全匹配层(PML)边界条件,数值模拟了三种模型GaN基蓝光发光二极管(LED)的出光能量。第一种是普通GaN基蓝光LED结构,第二种是含有完整光子晶体的GaN基蓝光LED结构,第三种是含有中心缺陷粗柱状的光子晶体GaN基蓝光LED结构。计算结果发现,含有完整光子晶体LED的出光能量没有提高,而含有中心缺陷粗柱状的光子晶体GaN基蓝光LED结构则能够大大提高LED的出光能量。根据模拟计算的结果,我们从理论上给出了光子晶体GaN基蓝光LED的参数设计原则。本文的研究有助于深入理解光子晶体的能带结构,更好地实现光子晶体在提高发光二极管出光效率方面的应用。