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《太赫兹波段三角晶格二维光子晶体的传输特性》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、第30卷第1期发光学报Vol130No112009年2月CHINESEJOURNALOFLUMINESCENCEFeb.,2009文章编号:100027032(2009)0120035205太赫兹波段三角晶格二维光子晶体的传输特性梁兰菊(枣庄学院物理与电子工程系,山东枣庄277160)摘要:用平面波展开法研究了太赫兹(THz)波在二维三角晶格光子晶体中的传输特性。数值计算了以硅为背景的空气圆柱构成的二维三角晶格光子晶体的能带结构和态密度,计算表明在介质圆柱半径r=0.47a(a为空气介质柱的晶格常数)出现最大完全光
2、子带隙,带隙宽度为0.0701THz;当r=0.49a和r=0.45a时,E偏振和H偏振分别出现最大光子带隙,带隙宽度分别0.1022,0.1923THz。光子晶体能态密度的分布也表明了存在光子带隙的范围。研究结果为THz器件的开发提供了理论依据。关键词:太赫兹波;光子晶体;平面波展开法;三角晶格中图分类号:O431PACC:4220文献标识码:A性。从二维三角晶格光子晶体的基本结构出发,1引言在以硅为背景的空气介质柱晶格常数为a=0.3太赫兹(Terachertz,THz)技术是近二十年来mm的二维三角晶格光子晶
3、体中,研究了最大带随着其产生机理、检测技术和应用技术发展起来隙宽度随r/a的变化,获得了不同太赫兹波范围[1～3]的,它的频段位于电子学与光学的交界处。内的带隙结构。文中还从光子能态密度出发,计太赫兹波具有频率高、脉冲短、高空间相干性、低算了三角晶格二维光子晶体的TE模、TM模的能光子能量等特性,在天文、生物、计算机、通信科学态密度分布,验证了太赫兹波段光子晶体的特性,和物体成像、环境监测、医学诊断等技术领域有着结果为THz器件的开发提供了理论依据。巨大的应用价值。目前,对太赫兹波的研究突飞[4,5]2理论和计算方
4、法猛进,相继出现了太赫兹发射器、探测器、太赫兹波导等功能器件。关于太赫兹波传输器件的平面波展开法主要通过将电磁场在倒格失空研究,目前,大多数实验平台是基于其在自由空间间以平面波叠加的形式展开,可将Maxwell方程中的传输,致使在某种程度上难以对其传播特性组化为一个本征方程,求解本征值即可得到传播进行控制和引导,而光子晶体的引入却能为THz光子的本征频率,从而获得光子晶体的光子禁带。[6～8]的传输开辟新的道路。光子晶体的概念是在此外通过平面波展开法还可求出对应的本征模[9][10]1987年分别由S.John和E
5、.Yablonovitch等态,进而求出光子晶体的光子能态密度。人提出来的,光子晶体最重要的特征是具有光子图1(a)是介电常数为εa的介质圆柱嵌在介[11,13]带隙,它能够应用于太赫兹波段的传输,且电常数为εb的材料中所形成的三角晶格,单位晶色散小、损耗低,可以制作出多种THz器件,如光格的形状为正六边形,圆柱半径为r,相邻两圆柱子晶体滤波器、反射器等。因此,对太赫兹波在光柱心相距为b。图1(b)为三角格子的第一Bril2子晶体中传输特性的研究具有非常重要的学术和liouin区,而不可约Brilliouin区为Γ
6、MK所围成的应用价值。三角区域。在二维光子晶体中,入射电磁波分解本文从太赫兹波的特性出发,应用平面波展为H偏振和E偏振,即磁场平行于介质柱的TE开法研究了太赫兹波在二维光子晶体中的传输特模和电场平行于介质柱的TM模。收稿日期:2008208225;修订日期:2008211224基金项目:山东省教育厅2007年度科研发展计划(J07WI05);山东省科技厅2007年科技项目(2007GG3004005)资助项目作者简介:梁兰菊(1979-),女,山东枣庄人,主要从事太赫兹波方面的研究。E2mail:yxllj68@1
7、26.com36发光学报第30卷-ωitH(x11,t)=H0(x11,ω)e=-ωit[0,0,H3(x11,ω)]e(6)-ωitH(x11,t)=E0(x11,ω)e=-ωit[E1(x11,ω),E2(x11,ω),0]e(7)其中x11为由x1,x2坐标轴构成的平面上的矢量。先把式(2)展开,然后把式(6)和式(7)代入,消去E1和E2,得到H3的表达式2515H3515H3ω+=-2H35x1ε(x11)5x15x2ε(x11)5x2c(8)把式(3)和式(4)代入式(8)得:6K(G-G′)(k+G′
8、)(k+G)A(k+G′)=G2ω2A(k+G)(9)c式(9)将TE偏振的电磁波在光子晶体的传播问图1(a)圆柱组成二维三角结构光子晶体;(b)三角格题变成了求解对称矩阵的本征值和本征函数的子的第一Brilliouin区;(c)三角晶格倒晶格空间取问题。样方式对于E偏振(或TM模),同理可得如下Fig.1(a)Thecylinderconstituteso
