缺陷对晶体光学性质的影响

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1、缺陷对晶体光学性质的影响班级：物理111学号：1112110121姓名：李祥行材料具有多种性能，大致分为两类，一是使用性能，包括力学性能、物理性能和化学性能等；二是工艺性能，例如铸造性、可锻性、可焊性、切削加工性以及热处理性等等。在我们生产中经常用到的材料，其性能常常因为微观上小小的差异而变得迥然不同。我们就理想型的完整晶体进行对于材料缺陷对材料性能的影响的研究与探索。晶体缺陷： 在理想完整晶体中，原子按一定的次序严格地处在空间有规则的、周期性的格点上。但在实际的晶体中，由于晶体形成条件、原子的热运动及其它条件的影响，原子的排列不可能那样完整和规则，往往存在偏离了理想晶体结构的区

2、域。这些与完整周期性点阵结构的偏离就是晶体中的缺陷，它破坏了晶体的对称性。晶体中存在的缺陷种类很多，根据几何形状和涉及的范围常可分为点缺陷、面缺陷、线缺陷几种主要类型。点缺陷：是指三维尺寸都很小，不超过几个原子直径的缺陷。主要有空位和间隙原子。线缺陷：是指三维空间中在二维方向上尺寸较小，在另一维方面上尺寸较大的缺陷。属于这类缺陷主要是位错。位错是晶体中的某处有一列或若干列原子发生了某种有规律的错排现象。面缺陷：是指二维尺寸很大而第三维尺寸很小的缺陷。通常是指晶界和亚晶界。光子晶体是介电常数周期性变化而形成能量禁带,禁止特殊波长电磁波在其中传播的材料。像半导体掺杂具有的重要意义一样

3、,在光子晶体中引人点缺陷、线缺陷或面缺陷,对其在通讯、光子集成回路等方面的潜在应用具有重要意义。本文主要从点缺陷、线缺陷对晶体光学性质的影响展开。光子晶体的一个重要特征是光子局域，如果引入缺陷破坏光子晶体的周期结构，就在其禁带中会出现频率极窄的缺陷态，和缺陷态频率吻合的光子有可能被局域在缺陷位置，一旦其偏离缺陷光就将迅速衰减。光子晶体中的缺陷有点缺陷和线缺陷，在垂直于线缺陷的平恧上，光被局域在线缺路位置，只能沿线缺陷方向传播，以形成一条光的通路，处于完整光子晶体的禁带中的光可以沿着线缺陷传播，相当于光子晶体波导。点缺陷仿佛是光被全反射墙完全包裹起来，利用点缺陷可以将光俘获在某一个

4、特定的位置，光就无法从任何一个方向向外传播，这相当于微腔。(1)光子晶体的带隙指晶格结构、介电常数比、填充比、柱体形状对光子禁带有相应的影响带隙的移动可以解释为，在介电常数为￡的均匀介质中传播的电磁波，频谱关系为∞(k)=cu√F。若将光子晶体看作均匀介质，介电常数取为有效介电常数，当晶格常数增大，而介质柱半径不变时，相当于有效介电常数减小，从而频率增大，即波长减小；反之频率降低，波长增大。（2）光子晶体点缺陷的缺陷模，在二维光子晶体中引入点缺陷，方法有多种：可以移走一个介质柱；或者用另 一个介质材料代替其中一个介质柱；或者改变其中一个介质柱的大小、形状等，在光子晶体中央位置设置

5、一半径与其他介质柱半径不同的点缺陷，们选取晶格常数为a=lgra，，介质柱半径为0．2a，点缺陷介质柱半径为0．3a，介 质柱介电常数为萨11．56，在缺陷处设置观察点。整个计算区域划分为130x110的网层， 电磁波段在缺陷处的光强较大，所以在该波段点缺陷产生很强的局域性， 当点缺陷介质柱半径为0，即该点缺陷为空时。 （3）光子晶体线缺陷， 在光子晶体中，通过设置缺陷结构能够得到所需要的光波导。波导传输光子的 中心频率可以通过改变点缺陷的性质如半径大小而改变；对缺陷峰线宽和峰值的控 制 3/3在一定条件下，光子晶体波导和微腔会发生耦合，波导中频率在微腔共振频率附近的光波耦合到微

6、腔里，由于两个点缺陷所形成的微腔存在两个共振频率，可以近似地将椭圆点缺陷介，两个等效圆点缺陷相对入射波方向的空间位置不断改变，由于这两个圆点缺陷存在两个共振频率，当满足特定条件时，就形成一个或两个共振峰。所以，点 缺陷介质柱的形状相对线波导方向(入射波方向)的改变对共振模的形成有很大的影响。 晶体点缺陷模和线缺陷的传输特性，发现随着点缺陷半径 的增大，缺陷峰的位置向长波方向移动，且点缺陷半径越接近平均格点半径，缺陷峰的峰值越小；同时分析了晶格常数对线波导通带的影响，发现随着晶格常数的增 大，线波导的通带逐渐向长波长方向移动，其带宽略微改变，并对光子晶体中的点缺陷、线缺陷以及它们的

7、组合缺陷的特性进行了深入了解。若忽略缺陷介质的色散,当其折射率减小时,缺陷模蓝移,透射率变大,半峰全宽度保持不变,品质因子增大。光子晶体转弯波导色散曲线晶体光学研究常用的实验仪器是折射计、光学测角仪、偏光显微镜和分光光度计等。晶体光学在晶体定向、矿物鉴定、晶体结构以及其他晶体光学现象（如非线性效应、光散射）的工作与研究中有重要应用。晶体光学元件，如各种起偏棱镜、补偿器等（见线偏振光、偏振光的干涉），则广泛应用于各种光学仪器和实验中。适量的某些点缺陷的存在可以大大增强半导体材料的导