由介质球构成的三维光子晶体能带结构的平面波研究

论文题目: 由介质球构成的三维光子晶体能带结构的平面波研究

论文类型: 硕士论文

论文专业: 凝聚态物理

作者: 董慧媛

导师: 刘楣,吴宗汉

关键词: 光子晶体,光子带隙,平面波展开法,蛋白石,反蛋白石,壳层

文献来源: 东南大学

发表年度: 2005

论文摘要: 光子晶体是发展迅速的研究领域,近年来在理论和实验上均已取得不少成果。光子晶体具有光子禁带和光子局域的特性,决定了它有广阔的应用前景。探索具有更大范围完全带隙的光子晶体结构仍然是该领域的研究方向之一。本文采用平面波展开法计算了由介质球构成的不同结构三维光子晶体的能带及透射特性。光子晶体带隙宽度主要取决于维度、对称性、介质填充率、介电常数比等参数。在三维结构中,面心立方结构的布里渊区最接近球形,最容易形成光子带隙,因此我们首先研究了具有面心立方结构的蛋白石胶体晶体和反蛋白石光子晶体的能带结构及透射特性,并采用转移矩阵方法计算了电磁波沿（1 1 1）方向的透射特性,两种方法得到的结果吻合。通过计算发现蛋白石结构不能形成完全带隙,只在（1 1 1）方向有一个赝隙,而反蛋白石结构当介电比足够大时会在八、九能级间出现一个完全带隙,这一结果与Sozüer等人的结论基本吻合,同时也验证了程序的正确性。接着我们用平面波法研究了由壳层（core-shell）复合介质球构成的面心立方光子晶体能带及透射特性,发现在内核外面依次包裹低介电物质可以增大（1 1 1）方向带隙。在两层介质组成的core-shell结构中,当内层介电常数大于外壳层ε1<ε2,内外壳层半径比R2 / R1≈0.69时,其相对带宽比单一高介电常数介质球光子晶体加强了46%左右;而当ε1 >ε2时,相对带宽被减弱。同时我们发现Core-Shell最佳内外径比值虽然随介电比的改变有微弱变化,但其值可确定为0.69。当介质球是由三层介质组成时,相对带宽主要依赖于中间层的半径R2,内核半径对带隙的影响不大。当R2 / R1 = 0.65且R3 / R1≈0.45时,相对带宽达到最大,比使用两层介质时相对带宽又增加了60%左右。最后,论文研究了复式晶格结构光子晶体的能带特性,得到金刚石结构在二、三能级间会出现完全带隙,其结果与Ho. K. M等结论基本吻合。我们还计算了仿氯化钠结构光子晶体,发现这种结构不会形成光子带隙。

论文目录:

摘要

ABSTRACT

第一章光子晶体概述

§1-1 引言

§1-2 光子晶体概念

§1-3 光子晶体的特征

§1-4 光子晶体与半导体的比较

§1-5 光子晶体制备方法简介

§1-6 理论计算方法的简介

§1-7 光子晶体的应用

§1-8 本论文的工作

第二章三维光子晶体能带结构的平面波计算方法

§2-1 麦克斯韦方程组

§2-2 平面波展开

第三章蛋白石结构和反蛋白石结构光子晶体

§3-1 蛋白石结构胶体晶体

§3-2 反蛋白石光子晶体的全带隙研究

§3-3 结论

第四章由壳层介质球构成的蛋白石光子晶体的能带特性

§4-1 两层介质组成的壳层介质球

§4-2 三层介质组成的壳层介质球

§4-3 结论

第五章复式晶格光子晶体的能带结构

§5-1 金刚石结构光子晶体的能带特征

§5-2 仿NaCl 结构光子晶体的能带特性

附录Ⅰ 平面波展开法中的矢量运算

附录Ⅱ 倒格子空间中 f(G)的表示形式

参考文献

致谢

硕士期间发表论文

详细摘要

发布时间: 2007-06-11

参考文献

[1].基于有限元方法的二维光子带隙几何形状和参数优化[D]. 于洋.北京邮电大学2017
[2].新型三维光子晶体带隙结构研究[D]. 张莎.东北石油大学2013
[3].钛酸盐反蛋白石光子晶体中稀土离子的上转换发光性质及机理研究[D]. 严冬.昆明理工大学2013
[4].光子晶体的理论和制备技术研究[D]. 程世骏.电子科技大学2014
[5].光子晶体光纤研究[D]. 唐灿.电子科技大学2005
[6].基于二氧化钒相变的二维可调带隙光子晶体[D]. 郝继.华中科技大学2011
[7].二维三角晶格光子晶体传输特性的研究[D]. 周萍.曲阜师范大学2008
[8].光子晶体带隙时域仿真方法的研究[D]. 丁巨超.天津大学2006
[9].含磺酸基凝胶光子晶体在分析中的应用[D]. 张勇勇.天津大学2010
[10].各向异性光子晶体制备及其结构表征[D]. 黄宽.江西师范大学2014

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