Ta-,2-O-,5-基三維光子晶體帶隙性質的理論研究.pdf

1、光子晶體是在光學尺度上具有周期性介電結構的人工設計和制造的晶體。自從Yablonovitch和 John分別提出光子晶體概念以來，在實驗與理論研究上受到了廣泛關注并得到了飛速的發(fā)展。光子晶體因為“光子帶隙”的存在而具有許多嶄新特性，類似于半導體材料中電子在周期性勢場作用下形成能帶結構，在光子晶體中光子由于受到周期性介電結構的調制，于是出現(xiàn)了光子帶隙，一些特定頻率范圍的光不能在光子晶體中傳播。由于光子存在許多電子沒有的優(yōu)勢：如速度快，沒有

2、相互作用等，我們可以通過對光子晶體帶隙結構的設計來實現(xiàn)對光子的控制，因此光子晶體材料有望實現(xiàn)光子領域的一次變革。
　　 工作在可見及近紅外光波段的光子晶體是近年來人們研究的熱點，由于在該波段范圍內可選材料少、所得帶隙窄，至今研究進展都很緩慢。研究發(fā)現(xiàn)：增大介質材料的介電常數(shù)是提高光子晶體光學性能的有效手段之一；將光子晶體的常規(guī)結構改進為由不同材料構成的異質結構也可有效改善其光學特性。
　　 本文從材料選擇和結構優(yōu)化兩個方

3、面對三維光子晶體進行了研究。采用密度泛函理論計算了氮摻雜五氧化二鉭的光學性質，并將其運用到了三維光子晶體的研究之中。最后采用傳輸矩陣方法和平面波展開法分別研究了氮摻雜Ta2O5金剛石結構三維光子晶體以及由Ta2O5/MgF2組成的異質結構三維光子晶體的帶隙特性。
　　 研究結果表明：氮摻雜明顯提高了Ta2O5的折射率，當?shù)獡诫s量為7.14[％]即Ta2O4.5N0.5結構的折射率最高，光學性質最佳。金剛石結構Ta2O4.5N0.