具有共振腔模式的一维光子晶体结构

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1、第26卷第2期光学仪器Voi．26．No．22004年4月OPTICALINSTRUMENTSApril，2004文章编号：1005—5630(2004)02—0016-06具有共振腔模式的一维光子晶体结构王利一，王风丽，昊文娟，王洪昌，林小燕，王占山，昊永刚，陈玲燕(1．同济大学精密光学工程技术研究所，上海200092；2．聊城大学教育技术系，山东聊城252059)摘要：介绍了具有共振腔模式的一维光子晶体光谱特性及电场特性计算的传输矩阵方法；基于该结构光学性质如：电场局域态、禁带，综述了其在光学器件

2、中的应用；并提出了需要对该结构进行改进的几个方面。关键词：传输矩阵；共振腔；局域态；多通道中图分类号：0484．4文献标识码：AOne-dimensionalphotoniccrystalswithresonantcavitymodesWANGLi”，WANGFeng—li。UWen—juan，WANGHang—chang，，ⅣXiao—yah，WANGZHan—shan。Yang—gang，CHENLing—yah(1．InstituteofPrecisionOpticalEngineering，T

3、ongiiUniversity，Shanghai200092，China；2．DepartmentofEducationalTechnology，LiaochengUniversity，Liaocheng252059，China)Abstract：Anintroductionisgivenonthecalculationofmethodofone—dimensionalphotoniccrysta[swithresonantcavitymodes，speciallyonthemethodofspect

4、rumandelectricity，transfer—matrixmethod．Basedontheopticalpropertyofthestructure，applicationsofthestructureispresented．Accordingtopracticalapplications，theoptimizedslructureissuggestedtostudy．Keywords：transfer—matrix；resonantcavity；localizedmodes；multi—c

5、hannel1引言从Yablonovich和John分别在1987年提出光子晶体概念以来[1I，人们对光子晶体进行了深入研究。它是具有光子频率禁带的特殊材料，落在禁带中的光被禁止传播。利用光子晶体的这一特性，人们可以控制光子的运动，导致许多奇异的物理效应。相对而言，由于一维光子晶体带隙材料制备简单，人们还是希望通过一维光子晶体的设计与制备获得所需要的光谱特性。近年来，在无序及1／4周期结构中光的局域态，被人们广泛地研究。在光子晶体中引入缺陷，就象半导体结构中的杂质态，光的缺陷局域态模式会在光子带隙中产

6、生[。由于共振腔结构在光子晶体的应用中起重要作用，因此对该结构进行研究是很有必要的。2光谱特性及电场特性的计算方法目前应用最广泛的计算一维光子晶体光谱特性的方法为传输矩阵法，它的理论基础是电磁场的麦克·收稿日期：2003—11—3o基金项目；国家973重点基础研究发展规划资助项目(2001CB610407)作者简介；王利(1975一)，男，山东泰安人，同济大学在读硕士研究生，主要从事薄膜光学及一维光子晶体的研究．第2期王利等：具有共振腔模式的一维光子晶体结构·17·斯韦方程。设所计算的模型为k层介质多

7、层膜，则第i层的特征矩阵为[4]：mi『l∞sjsin31／yt](1)jr／,sin3，。J所要计算膜层的传输矩阵为：M一几M(2)由传输矩阵，可以得到电场之间的关系：。邕。』=瞄。]㈤传输矩阵将光波整个场的电场强度和磁场强度膜系的一端传递到另一端。从而可以得到该结构的反射系数和透射系数：mlr-k-m-m-mr／kl／o12rlorlk+12122——————————————————一r：———T—_—+1(4)1l70十127／o7h+1十m21十22rh+1-2刁,vn：具有共振腔模式的一维光

8、子晶体的结构如图1所示。它的物理特性——电场分布和光谱曲线，如图2所示。由图2可以看出，由于共振腔的存在，在共振腔处发生电场局域O¨，如5：=果在O¨共振腔0m处有O"非线性Oo材料，材料的非线性效应会得到加强。该特性在非线性光学中有广泛应用。。膜层数’。’。＼瓣加O枷6∞700SO0波K／nma6腔体(b)图1具有共振腔模式的一维光子晶体结构图图2具有共振腔模式的一维光子晶体的物理特性图(a)电场分布；(b)光谱曲线。在具有共振腔模式的一维光子晶体结构