复介电常量双缺陷层的镜像对称光子晶体特性

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1、第29卷第2期发光学报V01．29No．22008年4月CHINESEJOURNAL0FLUMINESCENCEApr．，2008文章编号：1000-7032(2008)02-0233-05复介电常量双缺陷层的镜像对称光子晶体特性陈海波，高英俊，胡素梅(1．广西大学物理科学与工程技术学院，广西南宁530004；2．茂名学院物理系，广东茂名525000)摘要：利用传输矩阵法研究了两个复介电常量缺陷层镜像对称一维光子晶体的带隙结构和光传输特性。重点讨论了缺陷层的复介电常量的虚部为负值且光学厚度为A。／4的情形时对传输特性的影响。研究发现：当在光子晶体的两端加入具有

2、负虚部的复介电常量缺陷层后，多处出现了较强的透射峰增益。随着缺陷层复介电常量的虚部与实部比值的增加，各处透射峰增益变化规律不同。但中心波长处的缺陷膜的位置和高度不变。这为光子晶体同时实现多通道超窄带滤波器和不同放大倍数的光放大微器件的设计提供了理论基础。而在光子晶体的两端加入具有正虚部的复介电常量缺陷层后，各透射峰都出现了吸收现象，且随着其正虚部值，的增加，吸收越明显，这给光子晶体实现放大功能提供了理论指导。关键词：光子晶体；复介电常量缺陷层；透射增益；透射吸收中图分类号：O431；0437PACC：4220文献标识码：A1引言2模型建立及特征矩阵、反射率和透

3、射率从Yablonovitch和John分别在1987年提出光子晶体概念以来¨l2』，人们对光子晶体进行了研究的一维双缺陷层镜像对称的光子晶体结深入的研究。光子晶体最基本的特性是具有光子构如图1所示。考虑由介质A和介质B生成的禁带，频率落在禁带中的光被禁止传播J。由多层系统E，实际厚度分别为口和b，光学厚度均于自发辐射的几率与光子所在频率的态密度成正为A。／4(A。为中心波长)。取E的镜像对称结比，故光子禁带的存在可以有效地抑制自发辐射。构为G，则由E和G生成的系统为S：=EG但如果在光子晶体中掺人激活杂质，增加了相应是一个对称性多层系统。在E前面和G的后频率

4、光子态密度，对应频率处的受激辐射得到增面分别插入另一种介质c，光学厚度为A／4，构强。目前在光子晶体中掺人激活杂质已有理论和成含缺陷层的镜像对称结构模型。实验报道』。但在光子晶体的缺陷层中掺人激活杂质还未有文献报道。近来人们发现含有缺陷的光子晶体具有许多新的物理现象，并且有广泛田⋯．圈⋯．田的应用。含缺陷的光子晶体可用来制作激光图1一维光子晶体c(AB)(BA)C的结构器。]、发光二极管“]、滤波器B’¨等。如光Fig．1Structureofan1Dphotoniccrystalc(AB)(BA)C．子晶体关于缺陷层镜像对称，可实现缺陷膜的完全透射。对称的光

5、子晶体中加入实介电常量的缺3模拟的数值结果与分析陷层已有广泛的研究¨”』。笔者采用传输矩阵法数值模拟了具有复介电常量双缺陷层的镜像对3．1实介电常量双缺陷层的镜像对称光子晶体称结构光子晶体的光传输特性，进而提出了一种传输特性可以同时实现超窄带多通道滤波和多通道光放大首先对双缺陷层的介电常数为实数的一维镜器件的特殊结构。像对称的光子晶体的透射谱进行了数值计算。在收稿日期：2007-08-25；修订日期：2007-11-24基金项目：国家自然科学基金(50661001)；广西科学基金(桂科基0342004-1，桂科基0639004)；广西“十百千人才工程”(200

6、1207)；广西研究生教育创新计划(200605930805M19)资助项目作者简介：陈海波(1977一)，男，湖南隆回人，硕士研究生，实验师，主要从事光子晶体与负折射率材料的研究。E-mail：chbnihao0923@163．corn：通讯联系人；E-mail：gaoyj@gxu．edu．cn发光学报第29卷计算中分别选择材料TiO和MgF作为A层和B=．21．16—15．12i，光学厚度为A。／4，其余的参层，折射率分别为n。：2．96和n：1．39。中心波数与图2的一致，计算得到的透射谱如图3所示。长A。=600nm，缺陷层c为聚苯乙烯，折射率为比较图

7、3与图2可以看出，缺陷层的介电常量具n：4．6。假设入射波为TE波且垂直入射。A、B有负虚部后，中心波长处的缺陷膜的透射率没有和c介质的光学厚度都取为A。／4，光子晶体结构改变，仍然为完全透射。但在原来透射带的地方，为C(AB)(BA)C，数值模拟结果如图2所示。即240，260，858，900，1076，1204，1520，1850由图2可知，在镜像对称光子晶体两侧加入相同nm等处出现透射率峰值数值大于1，即出现增益的实介电缺陷层后，在光子晶体禁带的中心波长现象。这种结构可以同时实现单通道和多通道滤(6o0rim)处出现了一完全透射的缺陷膜，且发现波器以及多

8、通道放大器。此时缺陷层折射率的变化对中