光子晶体禁带特性

无缺陷
含单层缺陷 光Байду номын сангаас局域
对于单层缺陷c，可以改 变的参数有折射率、厚 度和所处的位置。如果 改变c层的参数，对一维 光子晶体的禁带有什么 样的影响？对缺陷模又 有什么样的影响？
光子禁带中间出现了一条狭窄的分裂带，把禁带 一分为二。这条分裂带的出现是由单层缺陷引起 的，我们称这条分裂带为缺陷模，其底部所对应 的波长为 701.4nm，反射率为0.53。
引入单层缺陷后的一维光子晶体可以近似看作谐振腔， 根据谐振腔的理论可知，谐振模的波长(对应缺陷模波长) 与中间介质(对应缺陷层)的光学厚度成正比关系。
一维光子晶体禁带的展宽
一种特殊结构的一维光子晶体
一维光子晶体一般都具有周期性结构，并且同种材料的介质层厚度、折射 率等参数都相同，称之为普通结构一维光子晶体。
N’=7
N’=9
解释:不同位置的缺陷层对一维光子晶体周期性结构完整性的破 坏程度不同，在中间位置的缺陷层对光子晶体的结构完整性破 坏最大，因而产生的缺陷模最大。那些稍偏的位置对光子晶体 完整性破坏比较小，有的位置基本没有影响，甚至不会出现缺 陷模。综上所述，当N’取值为位于一维光子晶体中间位置时，缺 陷模最大;反之，当N’取值为位于两端位置时，缺陷模比较小， 甚至不存在缺陷模。另外，无论N‘怎样取值，基本不影响缺陷模 的位置和禁带宽度。
串联的光子晶体
缺陷层折射率对光子禁带的影响
改变n3的大小
n3=1.4
禁带中存在缺陷模
n3=2.4
缺陷模1向右移动，并且禁带 左侧有出现新缺陷模的迹象 缺陷模1继续向右移动，而新出现 的缺陷模2也随之向右移动。出现 两个缺陷模共存的现象，即只引 入一个缺陷层，也能使禁带中出 现两个缺陷模。
n3=2.8
随着n3增大， 缺陷模向长波方向漂移，每个 缺陷模都有产生、移动和消失 的过程 适当调节缺陷层c的折射率，可 以使单缺陷一维光子晶体的禁 带中同时存在两个，甚至更多 缺陷模。
…
A B
A3,B3,C3,D3,E3
C单元中两介质层的光学厚度均为λ 0/4 A、B、D和E中介质层光学厚度分别为单元C 对应的0.8、0.9、1.1和1.2倍
普通光子晶体
特殊光子晶体
一维光子晶体的串联
把两个或以上一维光子晶体串联起来，形成新的一维光子晶 体结构.
单个光子晶体
为了得到连续的宽禁带，两 个串联的一维光子晶体禁带 范围需要有重叠的部分。
替代型缺陷的一维光子晶体
掺杂型缺陷的一维光子晶体
单缺陷一维光子晶体
一维光子晶体中引入单缺陷层
单层缺陷c替代b层
替 代 型
a b
c
a层折射率大于b层折射率 na=2.28，nb=1.28，nc=1.7 N=15，中心波长600nm， na.ha=nb.hb=中心波长/4, nc.hc=中心波长/6。
缺陷层所处位置对光子禁带的影响
a
b
c
…
N=15
c的位置可位于N’ 1-15单元的任一位置。
n1=2.28, n2=1.28, n3=1.7, λ0=600nm, n1h1=n2h2= λ0/4 N’=2
随着缺陷层c逐渐从左向右移动， 缺陷模呈现出“从无到有再到无， 从小到大再到小”的规律。
N’=5
含缺陷一维光子晶体禁带特性
一维光子晶体的折射率的变化是具有严格周期性的，它由两种或两种 以上的介质层交替排列而成，形成了一定的周期性。正是这种周期性， 使光子晶体出现了禁带。如果光的频率处于禁带频率范围内，当光通 过光子晶体时会被禁止传播.
如果在光子晶体中引入缺陷，禁带会发生什么样的变化?
a b
a b
缺陷层光学厚度对光子禁带的影响
改变h3
h3 逐 渐 变 厚
缺陷模随h3增大而向长波方缺陷模 从出现到消失，发生在某一段波长 范围之内，缺陷模有一个存在范围。
通过改变缺陷层光学厚 度n3h3，可以使禁带中 同时存在两个缺陷模， 这说明不需要引入多个 缺陷层，可以通过改变 缺陷层的参数使禁带中 出现多个缺陷模。