金屬光子晶體的表面模式.pdf

1、與普通的介質(zhì)光子晶體相比，金屬光子晶體具有更大的光子帶隙，因此作為光子晶體帶隙材料應(yīng)用在諧振腔、波導(dǎo)、濾波器等器件上有更大的優(yōu)勢。而且金屬光子晶體TM模式的能帶圖中存在截止頻率，導(dǎo)致出現(xiàn)從零開始的帶隙。光子晶體的表面模式是在光子晶體與介質(zhì)（一般為空氣）之間的界面上形成的一種表面波，可以用于實現(xiàn)生物傳感器、表面慢光、表面諧振微腔和光子晶體表面波導(dǎo)等。在金屬光子晶體表面激發(fā)的表面模式可能會出現(xiàn)一些新的性質(zhì)。一般來說，金屬光子晶體的表面態(tài)比較

2、難激發(fā)，而且目前關(guān)于金屬光子晶體的表面態(tài)研究還比較少，因此將對金屬光子晶體的表面態(tài)進行一些研究。本文先用傳輸矩陣法研究了一維金屬—介質(zhì)光子晶體的光學(xué)Tamm態(tài)，然后用傳輸矩陣法研究金屬一光子晶體—金屬結(jié)構(gòu)的光學(xué)Tamm態(tài)的耦合，最后用有限元法研究了蜂巢晶格的二維金屬一介質(zhì)光子晶體的表面模式。本文研究的內(nèi)容主要有:
　　1.通過傳輸矩陣法求得一維金屬—介質(zhì)光子晶體的光學(xué)Tamm態(tài)的色散方程，然后利用數(shù)值方法配合MATLAB編程計算出

3、該方程的數(shù)值解得到色散模式。對于TE波，在最下面的從零頻率處起始的帶隙里，兩個序列都沒有Tamm態(tài)出現(xiàn)。在高一點的第二個帶隙里，只有BABA……序列才會有Tamm態(tài)出現(xiàn)，且色散曲線接近直線。對于TM波，在最下面的帶隙中兩個序列都沒有Tamm態(tài)出現(xiàn)。而在第二個和第三個帶隙中，兩個序列都有相應(yīng)的Tamm態(tài)出現(xiàn)。這些模式中比較特別的是，ABAB……對應(yīng)的Tamm態(tài)的色散曲線隨著kx增加而上升最后變?yōu)橐粭l水平直線。調(diào)整結(jié)構(gòu)參數(shù)后，光學(xué)Tamm態(tài)

4、仍有類似的的性質(zhì)。
　　2.設(shè)計了一個金屬層—一維光子晶體—金屬層的結(jié)構(gòu)研究兩個光學(xué)Tamm態(tài)的耦合，利用傳輸矩陣法計算得到它的透射譜。透射譜中存在一對間距很小的孿生透射峰和其它一系列分離透射峰，而這對孿生透射峰就對應(yīng)于兩個光學(xué)Tamm態(tài)耦合形成的耦合模式。通過改變一維光子晶體的層數(shù)或者改變?nèi)肷洳ㄈ肷浣嵌瓤梢哉{(diào)節(jié)耦合模式的兩個頻率的位置;通過調(diào)節(jié)一維光子晶體的層數(shù)，在入射角度不大的情況下可以控制耦合模式的頻率間距。根據(jù)Tamm態(tài)的

5、耦合模式的這些性質(zhì)可以實現(xiàn)可調(diào)的雙頻濾波器。
　　3.為了使光子晶體同時支持TE和TM模式的表面模式，根據(jù)三角晶格的金屬光子晶體在兩種極化方向都存在簡并點的特點，設(shè)計了新穎的由介質(zhì)圓柱和金屬圓柱交替排列的蜂巢晶格光子晶體。通過有限元法和超胞技術(shù)，求得該結(jié)構(gòu)中存在的表面模式。在包含金屬圓柱的zigzag邊界上，只有在TE模式的表面模式才能被激發(fā)，然而在包含介質(zhì)圓柱的zigzag邊界上，兩個極化方向都可以激發(fā)表面模式。通過引入表面缺陷