含一缺陷层一维磁流体光子晶体局域模磁场调控特性研究

《含一缺陷层一维磁流体光子晶体局域模磁场调控特性研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、2013正赣南师范学院学报No．6第六期JournalofGannanNormalUniversityDec．2013·光子学与光子技术·含一缺陷层一维磁流体光子晶体局域模磁场调控特性研究郝丽丽，谢应茂，'(赣南师范学院a．物理与电子信息学院．b．光电子材料与技术研究所，江西赣州341000)摘要：基于磁流体的折射率磁场调控特性，利用传输矩阵法数值模拟了TiO：和纳米磁流体(水基Fe0)作为基元材料的一维光子晶体局域模的磁场调控特性．结果表明：具有(AB)BB(AB)A结构排列(N为正整数)的一维磁流体光子晶体的局

2、域模波长会随着外加磁场强度的增大向短波方向移动，且最大调控量与周期数无关，折射率n一定时，局域模波长随着介质层厚度的增大向长波方向移动；局域模的品质因子随光子晶体的周期数、介质层厚度的增大而增大．当光子晶体周期数一定时，局域模波长的调控量将随着介质层厚度的增大而增大．关键词：光子晶体；纳米磁流体；传输矩阵法；局域模；品质因子中图分类号：TN203文献标志码：A文章编号：1004—8332(2013)06—0021—041引言光子晶体是一种折射率周期性变化且具有光子禁带的人造光学材料，而当光子晶体的周期被破坏时，光子

3、晶体带隙中会产生定域化的缺陷模．磁流体(Magneticfluid)是由纳米级的强磁性粒子(如FeO)、表面活性剂和载液(或称基液)等混合而成的一种稳定的胶状液体．由于磁性颗粒的直径通常在8nm一10nm左右，所以磁流体也可称为纳米磁流体．它是一种新型功能性材料，兼有固体材料的物理特性和液体的流动性．纳米磁流体具有双折射效应、线性二色性、法拉第旋转、法拉第椭圆率和圆二色性等磁光效应．由于磁流体光子晶体的独特的光学性质以及磁控可调的特性，在新型磁控可调光子器件上具有诱人的应用前景，它引起了国内外相关研究人员的兴趣，并

4、将成为可调光子晶体领域一个新的研究热点．国内外有很多关于磁流体的制备方法、光学特性、磁流体应用领域等的报道J，在磁流体光子晶体方面，复旦大学黄吉平课题组将胶体铁磁流体作为一维光子晶体的基元材料，研究了基于胶体铁磁流体的磁控一维光子晶体以及含铁磁流体一维软光子晶体的光学特性；南开大学研究人员研究了FeO纳米粒子流填充的光子晶体光纤的温度可调特性；新加坡南洋理工大学、东北大学研究人员分别研究了基于磁流体渗入的光子晶体光纤带隙效应的磁光传感器和基于磁流体的测量磁场的空心光子晶体光纤传感器ll卜H；深圳大学研究人员研究了光

5、子晶体缺陷模的带宽与品质因子¨．但关于TiO和纳米磁流体作为基元材料的含一缺陷层一维纳米磁流体光子晶体局域模磁场调控特性的研究鲜有报道．本文研究含一缺陷层一维纳米磁流体光子晶体局域模磁场调控特性，对认识该结构的光子晶体以及应用开发此类光子晶体有重要的意义．2物理模型本文选用水基FeO磁流体作为光子晶体的基元材料，含一缺陷层一维纳米磁流体光子晶体结构为收稿日期：2013—10—28基金项目：江西省教育厅科技项目(GI』13660)；江西省研究生创新专项资金项目(YC2013一$262)作者简介：郝丽丽(1986一)，

6、女，河北邯郸人，赣南师范学院物理与电子信息学院2012级硕士研究生，研究方向：光学．t通讯作者：谢应茂(1963一)，男，江西寻乌人，赣南师范学院物理与电子信息学院教授，硕士生导师，主要从事激光物理与光电子学研究，E—mail：xieyingmao@126．tom．第6期郝丽丽，谢应茂含一缺陷层一维磁流体光子晶体局域模磁场调控特陛研究23的透射谱，结果如图4所示．由图4可得：局域模波长最大调控量为10nm，当折射率n：1．425时光子晶体局域模的品质因子为20434．图3介质层厚度不同时的光子晶体透射谱．其中(a)

7、、(b)、(C)和(d)分别对应介质层厚度为200nm、250am、300nm和350nm4结论与讨论利用传输矩阵法研究了具有(AB)BB(AB)A结构排列(Ⅳ为正整数)的一维磁流体光子晶体局域模的磁场调控特性．研究发现：由于纳米磁流体的折射率随着磁场的增大而减小，局域模波长满足驻波条件6=nd=从(其中8为光程差，A为光波波长，k为整数，凡为介质层折射率，d为介质层厚度)，对于同一级局域模而言，当d一定时，光波波长将会随着折射率n的减小而减小，所以图4介质层数43，)$g~350nm时的光子晶体透射谱一维磁流体光

8、子晶体的局域模波长会随着外加磁场强度的增大向短波方向移动；局域模波长的最大调控量与周期数无关；折射率一定时，局域模波长随着介质层厚度的增大向长波方向移动；局域模的品质因子随光子晶体的周期数、介质层厚度的增大而增大；光子晶体周期数一定时，局域模波长的调控量将随着介质层厚度的增大而增大．当光子晶体周期数与介质层的厚度同时增大时，局域模的品质因子会达到更大的数量级