基于一维光子晶体超晶格的多通道滤波器

合集下载

一维光子晶体的能带结构计算与分析

ｍｅｄｉｕｍｌａｙｅｒＡｗｈｉｃｈｉｓｏｎｅｏｆｍｅｄｉｕｍｌａｙｅｒｓｃｏｍｐｏｓｉｎｇｔｈｅｐｈｏｔｏｎｉｃｃｒｙｓｔａｌａｔｆｉｒｓｔ，
ｏｒｔｈｅｏｐｔｉｃａｌｔｈｉｃｋｎｅｓｓｏｆｔｈｅｓｕｂｓｔｉｔｕｔｅｌａｙｅｒｉｓｅｖｅｎｔｉｍｅｓｏｆＡ．Ｂｙｃｏｎｔｒａｒｉｅｓ，ｗｈｅｎ
ｅｆｆｅｃｔｓａｎｄｎｅｗｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ．Ｈｅｎｃｅｉｔｉｓｅｓｓｅｎｔｉａｌｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎ
ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓａｎｄｐｈｏｔｏｎｉｃｂａｎｄｇａｐｓ．Ｔｒａｎｓｆｅｒｍａｔｒｉｘｍｅｔｈｏｄｉｓａｐｏｗｅｒｆｕｌａｎｄｓｔｒａｉｇｈｔｆｏｒｗａｒｄｔｏｏｌｔｏａｎａｌｙｓｉｓｔｈｅｂａｎｄ
ｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅｗｉｔｈｔｈｅｒａｔｉｏｏｆｔｈｅｍｅｄｉｕｍｌａｙｅｒ’Ｓｒｅｆｒａｃｔｉｖｅｉｎｄｅｘｗｈｉｃｈｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｔｈｅ１Ｄｐｈｏｔｏｎｌｃｃｒｙｓｔａｌ，ｔｈｅｌａｒｇｅｒｔｈｅｒａｔｉｏｏｆｔｈｅｒｅｆｒａｃｔｉｖｅｉｎｄｅｘ（ｎａ／ｒｉｂ），ｔｈｅｗｉｄｅｒｔｈｅ
ｅｖｅｎｔｉｍｅｓｏｆＣＯｏ．Ｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｐｈｏｔｏｎｉｃｂａｎｄｇａｐｏｆ１Ｄｔｅｍａｒｙｐｈｏｔｏｎｉｃ
ｍｅｄｉｕｍｃｒｙｓｔａｌａｎｄｔｈｅｒｅｆｒａｃｔｉｖｅｉｎｄｅｘ，ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ，ｎｕｍｂｅｒｏｆｔｈｅ
ｌａｙｅｒｉｓｓｉｍｉｌａｒｔｏ１Ｄ
ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｃｏｎｓｔａｎｔｗｈｉｃｈｃａｎｃｒｅａｔｅｓｏｍｅｒａｎｇｅｓｏｆｆｏｒｂｉｄｄｅｎｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓｆｏｒ

一维光子晶体光学传输特性及带隙变化规律的理论研究

早在1987年，Yablonovitch和John分别独立提出光子晶体的概念，他们发现当光通过周期分布的介质结构时，会呈现出其特有的性质，某些特定频段模式的光将被禁止。最初的想法是利用介质周期结构的性质，能够类似周期结构称之为光子晶体[1](photonic crystal)。光子晶体的思想来源于一定的理论背景，人们想到晶体中的电子在周期势场中运动时满足如下的运动规律:
山东理工大学
毕业设计（论文）
一维光子晶体传输特性的理论研究
学院：理学院
专业：物理学
学生姓名：张国辉
指导教师：高金霞
毕业设计（论文）时间：二О一一年3月21日～6月18日共12周
摘要
本论文的主要内容如下：
简单阐述了光子晶体的概念，主要特征、应用、发展状况、及制作方法。从麦克斯韦方程组出发，推导了光在光子晶体中传播的基本微分方程和一维光学传输矩阵理论。根据传输矩阵法，计算了一维光子晶体的带隙结构及传输特性。利用此种方法进行了模拟计算，得到如下结论：当光子晶体周期数达到一定数值时出现光子禁带。随着周期数的进一步增加，带隙宽度会有较为明显的增加，达到某一峰值增加幅度逐渐减小。而带隙中心波长位置基本不变。在相同的周期数情况下，一维光子晶体高低折射率比大者其带隙宽度较大。无论对于TM波还是TE波，光子禁带都随入射角度的增大向短波长方向移动。但TE波入射，光子禁带宽度随入射角度的增加而增大。而TM波入射，光子禁带宽度随入射角度的增加而减小。还发现缺陷模的厚度对透射峰值具有明显的调节作用，透射峰值会随着厚度的增加而增大，当达到峰值后透射率便随厚度逐渐降低。并且随着缺陷层折射率的增加，缺陷模的中心波长位置也向低频方向移动，同时透射峰值逐渐增大。
1.2.2光子晶体的主要特性
光子晶体的两个主要性质是光子禁带和光子局域，它是光子晶体的应用基础，正是基于光子晶体的这些性质[3]，光子晶体才展现出了诱人的应用前景。

一维光子晶体的能带结构研究.

目录摘要.............................................................. I I Abstract.......................................................... I II 前言.............................................................. I V 第一章光子晶体 (1)1.1 光子晶体简介 (1)1.2 光子晶体的结构 (1)1.3 光子晶体的特性 (2)1.3.1 光子晶体具有周期性结构 (2)1.3.2 光子晶体具有光子禁带 (3)1.3.3 光子晶体能抑制自发辐射 (3)1.3.4 光子晶体具有光子局域 (4)第二章一维光子晶体的能带结构研究 (5)2.1 研究一维光子晶体能带的方法 (5)2.1.1 特征矩阵法 (5)2.1.2 平面波展开法 (6)2.2 一维光子晶体的能带结构研究 (8)第三章一维光子晶体的特征 (11)3.1 光子禁带 (11)3.2 光子局域 (12)第四章一维光子晶体光带隙性能的影响因素探讨 (15)4.1 周期数的影响 (15)4.2 折射率比值的影响 (15)4.3 中心波长的影响 (16)第五章结论 (19)参考文献 (20)致谢 (21)一维光子晶体的能带结构研究摘要在当今世界，科学家们在不断研究大规模集成电路时发现由于电子的特性，半导体器件的集成快到了极限，而光子有着电子所没有的优越特性：传输速度快，没有相互作用。

所以科学家们希望能得到新的材料，可以像控制半导体中的电子一样，自由地控制光子，即光子晶体。

随着科学技术的发展特别是制造工艺技术的发展，使得光子晶体的制造不仅变得可能，还得到了长足的进步，在可见光及红外波段可以制成具有所需能带结构的光子晶体，实现对光子的控制。

本论文主要对一维光子晶体的能带、禁带进行深入地研究，这对设计和制备一维光子晶体具有指导意义。

超晶格、光子晶体及声子

30
三、光子晶体 6
➢大量的原子按一定的空间排布结合在一起组成晶体。在这些结构中，原子是有规则排列的，价电子不再专属于某个原子，而是在晶体中做共有化运动，因此原子的某些分立的能级形成由一定能量范围内准连续分布的能级组成的能带，相邻两个能带之间可能存在一定的能量区间，称为能隙。电子不能在能隙中存在，只能在能带间跳跃。
• 量子阱的结构
图4 AlGaAs/GaAs量子阱结构
18
二、超晶格材料——量子阱 12
• 负阻效应 ➢图 5 中曲线 BC 显示负阻效应，即遂穿电流随电压的升高而降低。
图5 共振遂穿三极管的I-U曲线
19
二、超晶格材料——量子阱 13
• 应用
➢ 发光材料（LED等）
20
二、超晶格材料——量子阱 14
9
➢图 1 ( a ) 是两种组分超晶格结构示意图，构成超晶格的两种材料有不同的禁带宽度，按它们的能带差异分为图1（b）所示的I型超晶格和图1（c）所示的Ⅱ型超晶格。
10
二、超晶格材料——量子阱 4
➢组分超晶格是指在同一块单晶上生长的大量重复相间的薄层，通常是由两种不同材料在一个维度上层状排列的周期结构。其中，每层的厚度都很小，可和电子的德布罗意波长相比，因此其周期远小于电子非弹性散射的平均自由程。
34
三、光子晶体 10
➢ 光子分子与真实分子的类比能更好地说明光子与电子行为的相似性。图11(a)是光子分子的扫描电镜照片，即用两个光子原子构成一个类H+2分子。随着两个光子原子间距的缩小，基态光子模式分裂为两个能级，见图11(b)。
35
图 11(a) 光子分子结构的SEM照片 (b) 光子分子的光致发光谱，从上往下光子原子间距逐渐缩小

超晶格定义

超晶格定义引言超晶格是指由两个或多个不同晶格构成的晶体结构，具有比单个晶格更大的周期性结构。

超晶格的形成使得材料具有非常特殊的物理性质，因此引起了广泛的研究兴趣。

本文将全面、详细、完整地探讨超晶格的定义、结构、制备方法以及相关应用。

定义超晶格是由两个或多个不同的晶格周期性地排列在一起形成的结构。

其中，每个晶格由原子、离子或分子构成，它们以一定的规则排列。

当这些晶格互相重叠或错位时，就形成了超晶格。

超晶格的周期性结构可以通过周期性的重复单元来描述，这些单元是由不同晶格的子结构堆叠而成的。

结构超晶格的结构可以通过几何装配的方式来描述。

最简单的超晶格结构是由两个相同的晶格组成的，其中每个晶格都是一个二维结构。

这种结构被称为二维超晶格。

另外，还有一维和三维超晶格，它们分别是由两个相同的一维晶格和三维晶格组成的。

无论是几维超晶格，其结构都可以由一组重复单元来描述，这些单元通过平移或旋转操作重复排列。

在超晶格中，晶格的间距和原子的排列方式会发生改变。

这种改变可以影响到材料的电子结构、力学性能和热传导等物理特性。

因此，超晶格通常表现出与单个晶格不同的性质和行为。

制备方法制备超晶格的方法有多种，下面将介绍几种常用的方法：1.蒸发沉积法：将两种或多种不同材料的薄膜沉积在衬底上。

薄膜的结构由沉积时的温度、沉积速度和组分比例等因素决定。

2.分子束外延法：使用分子束外延装置在晶体表面逐层生长超晶格结构。

该方法可以精确控制材料的组成和厚度。

3.化学合成法：通过溶液中的化学反应合成超晶格结构。

可以根据溶液中不同物质的浓度来控制超晶格的组成和结构。

4.模板合成法：利用模板材料引导晶体的生长，从而形成超晶格结构。

模板可以是纳米颗粒、有序多孔材料或者生物组织等。

这些制备方法各有优缺点，选择适合的方法取决于材料的性质和目标应用。

应用超晶格在多个领域都具有广泛的应用前景，下面列举了几个常见的应用领域：1.光学：超晶格可以用于调控光的传播和散射，从而制备具有特殊光学性质的材料。

半导体论文

半导体材料研究的新进展摘要本文重点对半导体硅材料，GaAs和InP单晶材料，半导体超晶格、量子阱材料，一维量子线、零维量子点半导体微结构材料，宽带隙半导体材料，光子晶体材料，量子比特构建与材料等达到的水平和器件概况及其趋势作了概述。

最后，提出了发展我国半导体材料的建议。

关键词半导体材料量子线量子点材料光子晶体1半导体材料的战略地位上世纪中叶，单晶硅和半导体晶体管的发明及其硅集成电路的研制成功，导致了革命；上世纪70年代初石英光导纤维材料和GaAs激光器的发明，促进了光纤通信技术迅速发展并逐步形成了高新技术产业，使人类进入了信息。

超晶格概念的提出及其半导体超晶格、量子阱材料的研制成功，彻底改变了光电器件的设计思想，使半导体器件的设计与制造从“杂质工程”发展到“能带工程”。

纳米技术的发展和应用，将使人类能从原子、分子或纳米尺度水平上控制、操纵和制造功能强大的新型器件与电路，必将深刻地着世界的、格局和军事对抗的形式，彻底改变人们的生活方式。

2几种主要半导体材料的发展现状与趋势2.1硅材料从提高硅集成电路成品率，降低成本看，增大直拉硅（CZ－Si）单晶的直径和减小微缺陷的密度仍是今后CZ－Si发展的总趋势。

目前直径为8英寸（200mm）的Si单晶已实现大规模工业生产，基于直径为12英寸（300mm）硅片的集成电路（IC‘s）技术正处在由实验室向工业生产转变中。

目前300mm，0.18μm工艺的硅ULSI生产线已经投入生产，300mm，0.13μm工艺生产线也将在2003年完成评估。

18英寸重达414公斤的硅单晶和18英寸的硅园片已在实验室研制成功，直径27英寸硅单晶研制也正在积极筹划中。

从进一步提高硅IC‘S的速度和集成度看，研制适合于硅深亚微米乃至纳米工艺所需的大直径硅外延片会成为硅材料发展的主流。

另外，SOI材料，包括智能剥离（Smart cut）和SIMOX材料等也发展很快。

目前，直径8英寸的硅外延片和SOI材料已研制成功，更大尺寸的片材也在开发中。

一维液晶光子晶体透射谱的研究

峰，加强了光强度，强了滤波性能。增
关键词
液晶；光子晶体；双缺陷层；偏振非敏感
文献标识码：ＡＤＩ０３６／．ｓｎ１０ —５３２１）８２２ —３Ｏ：１．９４ｊｉ．０００９（０００～０７０ｓ
中图分类号：５＋．０７３２
摘
要
一维液晶光子晶体在光滤波器、阈值激光器和光开关等领域有着很好的应用前景。研究了一维低
液晶光子晶体的透射谱，电压范围在ｏ０Ｖ内，～１光谱调谐范围约为５ｒ，透射峰半高宽为１Ｉ，０ｎｎ８ｎｎ禁带宽度近４０ｎｎ０ｒ。进一步提出了非偏振光型液晶光子晶体，设计了相互垂直Ｏ扭曲取向的双液晶层一维液晶。光子晶体器件。双液晶层起到＿对各向偏振光光程的补偿作用，使得禁带中的两个透射峰合并为一个透射ｒ
助
作者简介：永军，１７年生，哈尔滨工程大学理学院讲师刘９７
光源的要求较低等特点。前人对于多层膜的研究只限于理论，有给出实验结果，没有提出偏振非敏感型液晶光子没更
品体的研究。
ＩＴ０ｅ
我们设计ｒ在多层膜内部引入液晶缺陷层的一维液品光
Ｆｉ．１Ｓｈｍａｉｉｇｒｍｆ１ＰＣｔｇｃｅｔｃｄａａｏＤｗｉｈＬＣ
子品体，研究器件透射谱的可调谐特性。并且，对器件的偏

一位光子晶体的计算

一维光子晶体的研究方法----传输矩阵法1：绪论1．1：光子晶体研究的意义在以前对半导体材料的研究导致一场轰轰烈烈的电子工业革命，我们的科技水平有了突飞猛进的发展，并为此进入了计算机和信息为标准的信息时代。

在过去的几十年里，半导体技术正向高速，高集成化方向发展。

但这也引发了一系列的问题，比如电路中能量损失过大，导致集成体发热。

此外，由于高速处理对信号器件中的延迟提出更高的要求，半导体器件的能力已经基本达到了极限，为此科学家们把目光从电子转向广光子。

这是因为光子有着电子所不具备的优势：1.极高的信息容量和效率。

2.极快的响应速度。

3.极强的互连能力和并行能力。

4.极大地存储能力。

5.光子间的相互作用很弱，可极大地降级能力损失。

但是与集成电路相比，科学家们设想能像集成电路一样制造出集成光路，在集成光路中，光子在其中起着电子的作用，全光通过。

光子计算机将成为未来的光子产业，集成光路类似于电子产业中半导体的作用，光子产业中也存在着向集成电路的器件一样的集成光路——光子晶体，光子晶体的研究不仅仅是光通讯领域内的问题，同时也对其他相关产业将产生巨大的影响。

1.2：光子晶体的概念及应用光子晶体是八十年代未提出的新概念和新材料，迄今取得了较快的发展，光子晶体不仅具有理论价值，更具有非常广阔的应用前景，这个领域已经成为国际学术界的研究热点。

控制光子是人们长期以来的梦想，光子晶体能帮助人们实现这一梦想。

1987年Yablonol itch在讨论如何控制自发辐射和 John 在讨论光子局域化时各自独立的提出了光子晶体的概念。

他们所讨论问题的共同实质是周期性电介质材料中光传播的特性，根据固体电子能带理论，晶体内部原子呈周期性排列，库仑场的叠加产生周期性势场，当电子在其中运动时受到周期性势场的布格拉散射而形成的能带结构，带与带之间有带隙，称为禁带。

能量落在禁带中的电子波不能传播。

与此相仿，当电磁波在周期性电介质结构材料中传播时由于受到调制而形成能带结构——光子能带结构，其带隙称为光带隙（PBG:photonic band gap）。

一维光子晶体掺杂缺陷模研究

文章编号:025322239(2004)112155724一维光子晶体掺杂缺陷模研究方云团1　沈廷根2,3　谭锡林31镇江船艇学院物理系,镇江2120032江苏大学物理系,镇江2120033南京师范大学江苏省光电中心实验室,南京210097摘要:　用特征矩阵法计算了光波在包含多种掺杂缺陷的一维光子晶体中的传播规律,与不包含缺陷的结构相比较,在禁带中形成缺陷模。

缺陷模的位置、数目和强度不仅和缺陷的产生方式有关,还和缺陷位置处的光学厚度及折射率的变化有关。

当掺杂缺陷的位置呈等间距时,相应缺陷模也呈等间距排列。

随着掺杂缺陷光学厚度的变化,缺陷模的位置、数目也随之变化。

保持掺杂缺陷光学厚度不变,掺杂缺陷折射率的变化将会引起缺陷模强度的变化,并存在一个最大值。

缺陷模的出现一般使带隙加宽,尤其是掺杂介质的折射率与周期介质的折射率差别较大时更加明显。

掺杂空气介质时可使缺陷模的透射率近似为1。

关键词:　光电子学;波动光学;光子晶体;特征矩阵法;缺陷模中图分类号:O436 文献标识码:A E 2mail :fangyt432@s 收稿日期:2003207209;收到修改稿日期:2004203210St u dy o n O ne 2Di me nsi o nal Phot o nic Crys t al wit h Imp urit y Def ectsFang Y untuan 1　Shen Tinggen 2,3　Tan Xilin 31Dep a rt ment of Physics ,Zhenji a ng Watercraft College ,Zhenji a ng 2120032Dep a rt ment of Physics ,J i a ngs u University ,Zhenji a ng 2120033Photoelectricity Central L aboratory of J i a ngs u Provi nce ,Na nji ng Nor mal University ,Na nji ng 210097(Received 9J uly 2003;revised 10March 2004)Abs t ract The light wave propagation in one 2dimensional p hotonic crystal with multiple defects is studied by eigen matrix method.There are defect modes in the bandgaps.The defect modes are greatly related with the generating f orm ,optical thickness and refractive index of defect.With the optical thickness of imp urity changing ,the p osition and number of defect modes change.K eeping the optical thickness of imp urity constant ,the changing of refractive index of defect leads to the changing of intensity of defect mode ,and there is a maximum among them.If the p osition of imp urity arrange in equal distance ,then the defect modes arrange in equal distance ,too.The creation of defect modes can broaden the bandgaps ,especially when refractive index of defect is much different from that of periodical medium.The defect of air can make trans mission rate up to one.Key w or ds :　optoelectronics ;wave optics ;p hotonic crystal ;eigen matrix ;defect mode1　引言光子晶体是一种介质折射率周期性变化的人造光学材料。

超晶格CdS

超晶格CdS/CdS:SnS2微丝的制备和周期性排放———————————————————————————————————————摘要：半导体超晶格微/纳米可以大大提高电子的通用性和功率调节（或激子，光子）运输，光学特性。

在这次交流中，我们通过一种微环境控制的共蒸发技术报告了半导体CdS/CdS:SnS2超晶格微丝的增长。

这种新型超晶格微丝，可以调节激子和光子在宽光谱范围的周期内显示多峰，表现在一维光子晶体的排放，而且只限于激子发射。

此系统可广泛用于生产多色排放，低阀值激射，研究光与物质的相互作用，慢光工程以及弱非线性光学器件。

———————————————————————————————————————具有成分调制和微观结构的一维（1D）纳米结构，已在过去一些年由于它们迷人的化学，大小，形状以及物质依赖属性，获得了广泛的关注。

在一维分段结构,沿轴线方向调制的具有周期性组成的半导体超晶格纳米线近来特别引人入胜。

令人兴奋的部分原因是新的一维纳米光子积木电子和光学申请。

例如，“激子格”可以提供本地激子的联系，调节光的传播，为激子与它们发射的光子相互作用时形成的新情况的研究开辟了可能性。

最新研究发现，发达的化学气相沉积技术已成功地用于合成超晶格结构。

在这些研究中，汽液固（VLS）生长机制，通过定期的改变反应氛围来影响超晶格纳米线生长。

其他类似合成方法像以模板为基础的电化学方法,阳离子部分交换技术，和原子层沉积都已经报道过了。

所有这些技术可以调整电子能带的位置，但不能调节光线的传播。

因此，用可预测的方式在可调接口，大小，组成方面提出方法来获得超晶格纳米线的组成，和在现场调节电子和光子，对多功能纳米和微米尺度光子设备的实现是非常重要的，在这次交流中，我们在当地环境控制下，运用一种共蒸发技术报告了CdS/CdS:SnS2超晶格线的制备。

这种有400纳米至5微米厚度新型超晶格线，可以调节激子发射和。

与光谱学刊multipeaks光子传输，这可能。

超晶格与光子晶体

超晶格与光子晶体随着科学技术的不断发展，各种新材料和新现象相继被发现和研究。

其中，超晶格和光子晶体作为一种具有特殊结构和性质的材料，引起了广泛的关注和研究。

本文将介绍超晶格与光子晶体的概念、制备方法和应用前景，并探讨它们在材料科学和光学领域所扮演的重要角色。

超晶格是指一种周期性的结构，由两种或更多种晶格周期性重叠而形成。

与传统的晶体相比，超晶格具有更加丰富的结构和性质。

它可以通过不同材料或同一材料的不同取向来制备，通过精确调控晶格参数和晶格间距实现特定的功能。

超晶格常用于纳米尺度的器件制备，如光子晶体、超材料等。

光子晶体是一种利用光子带隙效应的材料，它具有具有周期性结构的物质，可以通过禁带效应控制光子的传播和衍射。

这种特殊的光学性质使得光子晶体在光学领域得到了广泛应用。

制备光子晶体的方法主要有自组装法、模板法、离子束刻蚀等。

利用这些方法，可以制备出具有不同周期结构的光子晶体，从而实现光的完全反射和波导等功能。

超晶格与光子晶体的结合，能够将超晶格的结构与光子晶体的光学性质相结合，形成一种全新材料。

这种结合使得材料具有了更加复杂的结构和更丰富的性质。

以超晶格为模板，可以制备出具有特定结构的光子晶体，从而实现对光子传播的全面控制。

这种结构的优势在于，它不仅可以实现光子的完全反射，还可以控制光的波长、频率和偏振方向等性质。

超晶格与光子晶体的研究和应用涵盖了许多学科领域。

在光学领域，超晶格与光子晶体被广泛应用于光传输、光波导、光耦合等方面。

在材料科学领域，超晶格与光子晶体的结构设计和制备对于新材料的开发具有重要作用。

此外，在能源、生物医学等领域，超晶格与光子晶体也有着潜在应用前景。

值得一提的是，超晶格与光子晶体的研究还存在一些挑战和难点。

首先，制备具有特定结构的超晶格和光子晶体需要高精度的加工技术和细致的控制手段。

其次，对于这种材料的性质研究还需要相应的理论模型和计算方法。

因此，超晶格与光子晶体的研究需要不同学科领域的专家共同合作，共同解决这些问题。

超晶格结构的制备及应用研究

超晶格结构的制备及应用研究超晶格结构是由具有特定形态和尺寸的纳米粒子组成的多层结构，是一种新型的纳米材料，具有非常广泛的应用前景。

目前，超晶格结构的制备方法主要有两种，一种是自组装法，另一种是模板法。

本文主要介绍这两种方法以及超晶格结构在催化、传感、光学等领域的应用情况。

一、自组装法自组装法是一种将纳米粒子有序自组装成规则排列的方法。

其优点在于制备过程简单，可以控制纳米粒子尺寸和形态，可以构建不同的结构，因此受到了广泛的研究。

目前常用的自组装法主要有三种：溶液自组装法、气-液界面自组装法、固-液界面自组装法。

溶液自组装法是最常用的一种制备方法。

在溶液中加入合适的表面活性剂和离子，通过控制温度、浓度和pH等参数来引导纳米粒子自组装。

气-液界面自组装法是利用表面活性剂在气-液界面上形成薄膜，并将纳米粒子定向排列在薄膜上。

固-液界面自组装法是通过在固体表面引入化学反应位点，使纳米粒子在固-液界面上定向自组装。

二、模板法模板法是在一定的介质中，利用某种模板来导向纳米粒子的自组装或沉积而形成的多层结构。

模板法是一种比自组装法更加精确的制备方法，可以制备出十分规则的纳米结构。

常用的模板法有硅模板法、氧化铝模板法、介孔模板法等。

三、超晶格结构的应用1.催化应用超晶格结构具有活性高、选择性好等优点，在催化领域得到广泛应用。

超晶格结构可以作为催化剂载体，将活性组分吸附于纳米粒子表面，从而提高催化效率。

超晶格结构还可以作为模板制备其他复合材料，如催化剂纳米线阵列等。

2.传感应用超晶格结构的特殊结构使得其在传感领域具有很好的应用前景。

超晶格结构可以有选择地吸附某些分子，因此可以用作分子印迹传感器。

超晶格结构还可以用于电荷传输和信号放大，将其应用于电学、磁学和光学传感器等方面。

3.光学应用超晶格结构的周期性结构使其在光学领域具有很好的应用前景。

超晶格结构可以作为光子晶体，用于制备某些光学元件，如光纤耦合器、光学滤波器等。

两种光子晶体滤波器性能的比较

两种光子晶体滤波器性能的比较李文胜;付艳华;张琴;是度芳【摘要】利用传输矩阵法,通过分别计算由高折射率介质与金属叠加而成的多层膜和由高、低折射率介质交替排列、中间含有间隔的复式膜的透射率,比较了与这两种膜对应的多层膜滤波器和复式膜滤波器的滤波特性.结果表明:多层膜滤波器的角度宽容性较好,但单色性和透射性较差,此类滤波器适合于入射角变化大,但对单色性和透射性要求不高的情况.而复式膜滤波器的性能恰好和多层膜滤波器的相反,特别适合小角度入射的情况.【期刊名称】《激光与红外》【年(卷),期】2010(040)007【总页数】4页(P762-765)【关键词】光子晶体;传输矩阵;滤波器;多层膜;复式膜【作者】李文胜;付艳华;张琴;是度芳【作者单位】湖北汽车工业学院理学部,湖北,十堰,442002;湖北汽车工业学院理学部,湖北,十堰,442002;湖北汽车工业学院理学部,湖北,十堰,442002;湖北汽车工业学院理学部,湖北,十堰,442002;华中科技大学物理系,湖北,武汉,430074【正文语种】中文【中图分类】O7341 引言光子晶体作为一种新型的光学功能材料[1],已受到了广泛的关注[2-4]。

人们正试图利用光子晶体的特殊性质,开发出更多的光学元器件,其中光子晶体滤波器就是研究的热点之一。

光子晶体滤波器有两种主要类型[5],一种是由高折射率介质和金属交替叠加的多层膜,简称多层膜滤波器;另一种是由高、低折射率介质交替排列、且中间含有间隔层的一种对称结构,不妨称其为复式膜滤波器。

本文利用传输矩阵法分别了计算由高折射率介质与金属叠加而成的多层膜和由高、低折射率介质交替排列、中间含有间隔复式膜的透射率,比较了和这两种膜相对应的两类滤波器的滤波特性,为光子晶体滤波器的实验研究提供了理论依据。

2 多层膜滤波器的特性本文计算中所用的构成多层膜滤波器的高折射率介质和金属膜分别取最常见的TiO2和 Ag。

因这两种材料都是色散的,且 Ag是复折射率[6],若 TiO2和 Ag的折射率分别记为 nT和 nAg,则由文献[6]可知,在可见光的范围内,它们的色散关系可分别近似表示为:式(1)、式 (2)中,λ为入射光的波长,单位为nm。

传输矩阵法分析一维光子晶体传输特性及其应用

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｆｉｌｔｅｒｍａｄｅｏｆｏｎｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｐｈｏｔｏｎｉｃｃｒｙｓｔａｌｓｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄｗｉｔｈｔｈｅｔｒａｎｓｆｅｒｍａｔｒｉｘｍｅｔｈｏｄ．Ｏｆｔｈｅｏｎｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｐｈｏｔｏｎｉｃｃｒｙｓｔａｌｗｉｔｈＦｄｅｆｅｃｔｌａｙｅｒａｎｄｔｈｅＡ（ＢＡ）～Ｆ（ＡＢ）ＭＡｓｔｒｕｃｔｕｒｅ。ｔｈｅｔｗｏｐｒｉｍａｒｙｆａｃｔｏｒｓｗｅｒｅｔｈｅｒａｔｉｏｏｆｔｈｅｔｈｉｃｋｎｅｓｓｂｅｔｗｅｅｎＡａｎｄＢ，ａｎｄｔｈｅｍｉｄｄｌｅｄｅｆｅｃｔｌａｙｅｒ．Ｔｈｅｒａｔｉｏｏｆｔｈｅｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｖｉｔｙ，ｗｈｉｃｈｉｓｉｎｆｌｕｅｎｃｅｄｂｙｔｈｅｒａｔｉｏｏｆｔｈｅｔｈｉｃｋｎｅｓｓｂｅｔｗｅｅｎＡａｎｄＢａｎｄｔｈｅ
ｍｉｄｄｌｅｄｅｆｅｃｔｌａｙｅｒ，ｗａｓｓｉｍｕｌａｔｅｄｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｃｏｍｐｕｔｅｒ．Ｔｈｅｄｅｓｉｇｎｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙｏｆｔｈｅｏｎｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｐｈｏｔｏｎｉｃｃｒｙｓｔａｌｆｉｌｔｅｒｗａｓｔｈｕｓａｃｈｉｅｖｅｄ．Ｔｈｅｄｅｓｉｇｎａｎｄｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆａｐｈｏｔｏｎｉｃｃｒｙｓｔａｌｔｏｔａｌｉｎｔｅｒｎａｌ
（ＡＢ）杈。Ａ为高折射率材料聚砜醚（ＰＥＳ），ｎ。＝２．８，Ｂ
为低折射率材料硒化砷（Ａｓ２Ｓｅ。），，１２＝１．４，取两层的光学厚度，ｌ。ｄ。＝ｎｚｄｚ＝Ｘｏ／４。Ｘｏ取为空间光通信系统中常采用的ｌ５５０ｎｍ。中间缺陷层材料为氧化镁（ＭｇＯ），折射率为ｎｔ＝１．７，其光学厚度选择为Ｗ２，在实际的制作中，可以采用镀膜技术来实现所设计的光子晶体滤波器。为了简化计算，只考虑正入射情况。

一维拓扑光子晶体

一维拓扑光子晶体光子晶体是一种具有周期性介质结构的材料，它能够控制光的传播和操控光的性质。

在光子晶体中，光的传播受到晶格的限制，因此光子晶体在光学领域中具有广泛的应用。

而一维拓扑光子晶体则是光子晶体中的一种特殊结构，它的引入使得光子晶体的性质得到了进一步的拓展与应用。

一维拓扑光子晶体的结构是由一维周期性的介质构成，这些介质的折射率呈周期性分布。

与传统的光子晶体相比，一维拓扑光子晶体中的光子有着特殊的传播方式，它们在结构中的传播路径具有非平凡的拓扑性质。

这种特殊的传播方式使得一维拓扑光子晶体在光学通信、光学计算和光学传感等领域具有重要的应用价值。

一维拓扑光子晶体的特点之一是存在边界态。

边界态是指在一维拓扑光子晶体的边界上形成的能带结构中存在的能级。

这些边界态与体态的能级结构不同，它们呈现出局域化的特性，能够有效地捕获和储存光信号。

因此，一维拓扑光子晶体可以作为光学器件的基本组成部分，用于实现高效的光学传输和光学存储。

一维拓扑光子晶体还具有较强的光学非线性效应。

光学非线性效应是指当光强度较强时，光的传播方式发生变化的现象。

在一维拓扑光子晶体中，由于光子的传播路径受到拓扑保护，光学非线性效应能够得到有效地增强。

这使得一维拓扑光子晶体在光学调制、光学开关和光学放大等方面具有广泛的应用前景。

除了光学非线性效应，一维拓扑光子晶体还具有较好的光学稳定性。

光学稳定性是指光子晶体在外界条件变化时对光学性能的保持程度。

由于一维拓扑光子晶体的结构具有周期性，其光学性能对外界条件的变化相对不敏感。

这使得一维拓扑光子晶体在光学器件的制备和工作过程中能够保持较高的稳定性，提高了光学器件的可靠性和长期稳定性。

一维拓扑光子晶体作为一种特殊的光子晶体结构，在光学领域中具有重要的应用价值。

它的引入使得光子晶体的性质得到了进一步的拓展与应用，为光学通信、光学计算和光学传感等领域的发展提供了新的思路和方法。

随着对一维拓扑光子晶体的研究不断深入，相信它将在光学器件和光学技术的发展中发挥越来越重要的作用。

利用平面波展开法在matlab中计算一维光子晶体的带隙结构

利用平面波展开法在matlab中计算一维光子晶体的带隙结构光子晶体是一种周期性的光学结构，它具有在一定频率范围内禁带结构的特性，这种结构对于光子的传播和控制具有重要意义。

利用平面波展开法在Matlab中计算一维光子晶体的带隙结构是一种常见的方法，本文将详细介绍这种计算方法的步骤和原理。

一维光子晶体是一种由周期性介质层叠而成的光学结构，在这种结构中，光的传播受到周期性介质的布拉格散射影响，从而产生禁带结构。

为了计算一维光子晶体的带隙结构，我们可以利用平面波展开法，该方法可以将一维光子晶体看做平面波在周期性介质中的传播，并通过布拉格散射条件来求解光子的能带结构。

在Matlab中，我们可以通过编写相应的程序来实现对一维光子晶体带隙结构的计算。

在编写程序之前，我们首先需要了解平面波展开法的原理和计算步骤。

平面波展开法的基本思想是将光子晶体的电磁场表示为平面波的叠加，然后利用布拉格散射条件求解电磁场的分布和能带结构。

平面波展开法的计算步骤如下：1. 定义光子晶体的周期性结构，包括介质的折射率分布和周期性的层叠结构。

2. 将电磁场表示为平面波的叠加形式，即电磁场可以由一系列波矢和频率确定的平面波组成。

3. 根据布拉格散射条件，求解平面波在周期性介质中的传播行为，得到光子的色散关系。

4. 根据色散关系，求解光子的能带结构，包括带隙的位置和宽度等信息。

在Matlab中，我们可以通过编写相应的程序来实现以上计算步骤。

我们需要定义光子晶体的周期性结构，包括介质的折射率分布和周期性的层叠结构。

然后，我们可以利用Matlab中的矩阵运算和数值方法来求解平面波在周期性介质中的传播行为，并得到光子的色散关系。

我们可以利用色散关系来计算光子的能带结构，并可视化带隙结构的位置和宽度。

假设我们要计算周期性介质的折射率分布为正弦形式的一维光子晶体的带隙结构。

该光子晶体的周期性结构如下：n(x) = n0 + Δn * sin(2πΛx)其中n0为基准折射率，Δn为周期性介质的折射率差，Λ为周期长度。