由介質(zhì)球構(gòu)成的三維光子晶體能帶結(jié)構(gòu)的平面波研究.pdf

1、本文采用平面波展開法計算了由介質(zhì)球構(gòu)成的不同結(jié)構(gòu)三維光子晶體的能帶及透射特性。光子晶體帶隙寬度主要取決于維度、對稱性、介質(zhì)填充率、介電常數(shù)比等參數(shù)。在三維結(jié)構(gòu)中，面心立方結(jié)構(gòu)的布里淵區(qū)最接近球形，最容易形成光子帶隙，因此我們首先研究了具有面心立方結(jié)構(gòu)的蛋白石膠體晶體和反蛋白石光子晶體的能帶結(jié)構(gòu)及透射特性，并采用轉(zhuǎn)移矩陣方法計算了電磁波沿(111)方向的透射特性，兩種方法得到的結(jié)果吻合。通過計算發(fā)現(xiàn)蛋白石結(jié)構(gòu)不能形成完全帶隙，只在(111

2、)方向有一個贗隙，而反蛋白石結(jié)構(gòu)當介電比足夠大時會在八、九能級間出現(xiàn)一個完全帶隙，這一結(jié)果與Soziier等人的結(jié)論基本吻合，同時也驗證了程序的正確性。采用平面波法研究了由殼層(core-shell)復合介質(zhì)球構(gòu)成的面心立方光子晶體能帶及透射特性，發(fā)現(xiàn)在內(nèi)核外面依次包裹低介電物質(zhì)可以增大(111)方向帶隙。在兩層介質(zhì)組成的core-shell結(jié)構(gòu)中，當內(nèi)層介電常數(shù)大于外殼層ε1＜ε2，內(nèi)外殼層半徑比R2/R1≈0.69時，其相對帶寬比單

3、一高介電常數(shù)介質(zhì)球光子晶體加強了46％左右；而當ε1＞ε2時，相對帶寬被減弱。同時發(fā)現(xiàn)Core-Shell最佳內(nèi)外徑比值雖然隨介電比的改變有微弱變化，但其值可確定為0.69。當介質(zhì)球是由三層介質(zhì)組成時，相對帶寬主要依賴于中間層的半徑R2，內(nèi)核半徑對帶隙的影響不大。當R2/R1=0.65且R3/R1≈0.45時，相對帶寬達到最大，比使用兩層介質(zhì)時相對帶寬又增加了60％左右。最后，研究了復式晶格結(jié)構(gòu)光子晶體的能帶特性，得到金剛石結(jié)構(gòu)在二、三