论文部分内容阅读
1987年Yabnolovitch和John分别提出了光子晶体概念，随之光子晶体得到迅速的发展。由于它能奇特的调节光子的运动状态，所以在光电子行业如发光二级管、光导纤维通讯和光子计算机等领域有着广泛的潜在应用。因此，对光子晶体特性的研究及其应用开发，成为当今世界科研工作者研究的热点之一。对于频率位于光子带隙范围内的光波，光子晶体的透射率几乎为零，反射率高，若禁带足够宽，将其用于LED各种颜色可见光的衬底材料，可减小进入基底而损耗的能量，从而大大提高了LED的外发光效率。近年来人们正致力于研究这种零透射率宽禁带的材料，我们小组也在这类材料的研究上取得了一定的成果。 若光子晶体中引入缺陷，光子禁带中会出现品质因质很高的杂质态，从而可以实现自发辐射的增强，形成缺陷模。光子禁带中如果存在缺陷模，可以很容易实现特定频率的光子通过光子晶体，这种特性使得含有缺陷层光子晶体具有广泛的应用潜力，如用于单通道或多通道滤波器。 无缺陷的准周期光子晶体可以看成是有缺陷的周期性光子晶体，它能够产生类似于周期性光子晶体的光子带隙。因此，研究准周期光子晶体的特性可以拓宽光子晶体的应用范围，继而设计出性能优良的光子晶体带隙器件。引进缺陷，对准周期光子晶体的光学性质将产生特殊的影响。 本文采用无机非金属碳化硅β-Sic作为光子晶体的一个介电材料，其禁带宽度2.36eV，介电常数ε为9.72。稀土氧化铈(CeO2)是具有立方萤石结构的，其价带项和导带底之间的能隙是6eV左右，并具有很高的介电常数(ε=26)。经过不断的尝试目前人们已可以在半导体GaN、无机非金属材料SiC等衬底材料上制备出高质量的CeO2单层膜或多层膜。CeO2薄膜的研究和发展还处于初级阶段，其在电子器件中的研究已初露端倪，有很好的应用前景。但其在用于制作光子晶体材料的研究到目前为止几乎未见文献报道。现有的研究表明Ceo2和β-Sic具有较好的光学特性和介电特性，它们所构成的多层膜满足一维光子晶体要求的结构特征。 本文在解Maxwell方程组推导出透射率公式的理论指导下，用传输矩阵法(TMM)，理论上分别探讨Si/C60和CeO2/β-SiC光子晶体多层膜的光学特性受其周期层数、掠射角和填充比等参数的影响情况；引入缺陷材料LiTaO3，构建单缺陷和多缺陷结构，计算分析缺陷层对[CeO2/β-SiC]N光子带隙的影响；引入一维准周期序列结构，从理论上分析[CeO2/β-SiC]N的光学特性受其结构的序列阶数、空气缺陷、LiTaO3缺陷等参数的影响。因此，本文在理论上得到具有较宽零透射带的、可用于反射镜或发光二级管衬底的一维光子晶体，这种材料还可以制作红外波段的单通道或双通道滤波器。