基于缺陷可控材料填充的可调一维光子晶体滤波特性

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1、2008年航空宇航科学与技术全国博士生学术论坛2008年10月∗基于缺陷可控材料填充的可调一维光子晶体滤波特性王身云，刘少斌(南京航空航天大学信息科学与技术学院,江苏南京210016)摘要:应用一维周期结构的平面波展开法分析了包含多缺陷层的一维光子晶体的多通道滤波和宽带滤波特性，并通过对缺陷层设置外部可控材料，实现滤波通道的可调性。计算结果表明，通过改变外部调制强度，当缺陷层填充材料等效电介常数增加时，导带线向禁带区的低频方向移动。关键词:光子晶体平面波展开法可控材料中图分类号:TN001文献标识码:

2、ATunableone-dimensionalphotoniccrystalfilterbasedoncontrollablematerialofdefectsWANGShen-Yun,LIUShao-Bin(CollegeofInformationScience&Technology,NanjingUniversityofAeronautics&Astronautics,Nanjing,210016,China)Abstract:Themultiplechannelfilterandwide-band

3、filterpropertiesofonedimensionalphotoniccrystalswithdefectsareanalyzedbyplanwavemethodofone-dimensionalperiodicmaterial.Thetuningofchannelscanberealizedbysettingthedefectsascontrollablematerial.Itisshowedthatthetransmitlinesremoveforwardtolow-frequencyre

4、gionbyadjustingtheexternalcontrolintensitytorisetheeffectivedielectricconstant.Keywords:photoniccrystalplanewavemethodcontrollablematerial引言光子晶体是一种人工周期性结构[1-2]，其材料性质在空间呈周期性分布，其电磁特性类比于晶体中的电子态一样具有能带结构。电磁波的频率落在禁带内，就不能在光子晶体中传播。因此，可以利用光子禁带来控制光子的流动。光子晶体的另一特性是光

5、子局域，当完整光子晶体的对称性受到破坏后，即产生了光子晶体中的杂质缺陷，光子可能从缺陷处射出，利用这种特性光子晶体具有多通道滤波性质。光子晶体的基础理论在去过二十年内已得到很好的发展，现在人们已把主要目标转移到光子晶体器件的应用基金项目：收稿日期：2008-09-13；修订日期2004-00-00作者简介:王身云(1981－),男,湖北利川人,博士生,主要研究领域为通信光子晶体1312008年航空宇航科学与技术全国博士生学术论坛2008年10月上。普通材料的光子晶体结构一旦给定后，其带隙位置和大小就被确

6、定，因而可调光子晶体近年来倍受关注。在不破坏光子晶体结构的前提下，人们可以选择具有特殊性质的材料作为光子晶体材料，这些材料的性质（电介常数）可以通过施加外部电场或磁场等加以调制，从而可以改变光子晶体的性质。这些特殊材料常见的有等离子体，铁氧体和液晶材料等等，比如文献[3-4]已对一维等离子体光子晶体特性作了研究，其主要优点就是可以通过改变等离子体参数来实现光子晶体性质的调控，但这些材料通常是色散和有耗的，落在光子带隙外的电磁波在其中传播损耗较大，透射率较低。本文为了研究一维光子晶体的多通滤波特性，只在光

7、子晶体的缺陷层填充可调控性质的材料，从而可以忽略较少的缺陷层有耗材料对光子能量的吸收，另一方面则可以通过改变外部调制强度来实现包含缺陷的光子晶体可调滤波特性。计算方法与结果分析一维光子晶体的平面波展法光子晶体理论分析中应用最早、最广的一种方法就是平面波展开法。在计算光子晶体光子能带结构时，平面波展开法直接应用了结构的周期性，将麦克斯韦方程从实空间变换到离散傅立叶空间，将能带计算简化为对代数本征值问题的求解。应用超级元胞技术，平面波展开法也可以推广到分析光子晶体的缺陷模特性上，本文对一维光子晶体应用超级元

8、胞技术的平面波展开法分析带缺陷层的一维光子晶体的滤波特性。光子晶体理研究的实质是电磁波在混合介质中传播的问题，它遵循的是麦克斯韦方程组，本文在考滤所研究的电磁晶体材料为无磁性（µ=1）和各向同性介质的情况下，电磁波在光子晶体中传播的主方程为1vvvω2v∇×v∇×Hr()()()=Hr（1）ε()rc图1超元胞电介常数分布为了应用平面波展开法研究带缺陷的一维电磁晶体,本文选取了如图1所示的超元胞，由于该超元胞包含了25个周期，中间相间层对称