ZnO基二维光子晶体的带隙研究.pdf

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1、第26卷第2期山东建筑大学学报Vo1．26No．22011拄4月JOURNALOFSHANDONGJIANZHUUNIVERSITYApr．2011文章编号：1673—7644(2011)02—0126—04ZnO基二维光子晶体的带隙研究梁毅，董国艳，秦希峰(山东建筑大学理学院，山东济南250101)摘要：用平面波展开法研究以ZnO为背景介质，由周期性排列的空气圆孔柱、椭圆孔柱和正方孔柱分别构成的三角晶格结构的光子晶体，计算在不同参数条件下光子晶体的能带曲线。研究结果表明，通过调控孔柱和晶格常数的大小，可以改变光子晶体带隙位置和宽度；对于所有ZnO基三

2、角晶格结构空气孔二维光子晶体，TE模比TM模带隙更宽；正方空气孔柱光子晶体的带隙比圆柱和椭圆柱光子晶体的带隙要宽。关键词：ZnO光子晶体；平面波展开法；空气柱；晶格常数；带隙中图分类号：0482．3文献标识码：AStudyonbandgapsofZnO-basedtwo—dimensionalphotoniccrystalsLIANGYi，DONGGuo—yan，QINXi—feng(SchoolofScience，ShandongJianzhuUniversity，Jinan250101，China)Abstract：Theplanewaveexpa

3、nsionmethodisusedtostudythephotoniccrystals(PhCs)conformingtotriangularlatticeconfigurationwithperiodiccircle，ellipseandsquareairholesembeddedinZnObackgroundandcalculatetheirbandgapswithdifferentparameters．Researchresultsshowthatthelo—cationandbandwidthofPhCcanbechangedbymodulat

4、ingitslatticeconstantandthesizeofairholes．ForallZnO-basedtwo—dimensionalairholePhCswithtriangularlatticeconfiguration，thebandgapofTEmodeiswiderthanthatofTMmode．ThebandgapofPhCwithsquareairholesiswiderthantheresultsofPhCsformedbycircleandellipseairholes．Keywords：ZnOphotoniccrysta

5、l；plane-waveexpansionmethod；airhole；latticeconstant；bandgap晶体在激光器、光波导器件、光滤波器及未来全光器0引言件等方面具有广阔的应用前景。一般来说，光子晶体的带隙越宽，其性能越好。光子晶体是一种周期性的介质材料或金属光子晶体按能隙空间分布的周期性变化方向的结构，电磁波在光子晶体内部传输的特性类似于电数目分为一维、二维和三维光子晶体。由于二维光子在晶体中的运动特性。像半导体一样，这种周期子晶体相对于三维光子晶体较容易制备J，其用途性材料的能谱具有能隙结构，称为光子能带或光子又比一维光子晶体广泛得

6、多，而且在未来光子技术带隙，振动频率在光子带隙内的电磁波沿光子晶体中有极其重要的应用，因此，研究二维光子晶体具有的任何方向都不能传播。光子带隙的存在使得光子重要的实际意义。目前，用于计算光子晶体带隙结收稿日期：2010—12—20基金项目：山东省自然科学基金项目(ZR2010AM025)；山东建筑大学校内博士基金项目(XNBS0903)作者简介：梁毅(1985一)，男，山东威海人，在读硕士，主要从事光子晶体的研究．E-mail：liangyi19860726@126．com第2期梁毅等：ZnO基二维光子晶体的带隙研究27构理论计算的方法主要有平面波展开

7、法TM模式，可得方程(PWM)．6J、有限时域差分法(FDTD)7J、转移矩阵∑P(G一)f+f×f)f+f×()i，)G’法(TMM)IS]和多重散射法．1。。等。2ZnO具有非常重要的光电特性，广泛应用于光=(，)(7)C学器件中，同时又是一种非常重要的光子晶体材料，公式(7)也变成求解本征值和本征函数问题，求有着良好的带隙结构，在光电领域具有重要的应用解本征方程，可求出光子的色散曲线。前景。本文采用平面波展开法对ZnO基空气圆孔柱、椭圆孔柱和正方柱的二维三角晶格光子晶体带2数值分析隙结构进行计算，分别扫描出三种形状气柱光子晶体带隙的变化规律，对计

8、算结果进行了分析对比。本文分别以TE、TM入射波进行模拟，用平面波展开法研究由不同形状空气孔柱