一維光子晶體濾波器的設(shè)計及性能研究.pdf

1、光子晶體最本質(zhì)特征是具有光子帶隙，即頻率處于光子帶隙范圍內(nèi)的光或電磁波在光子晶體中傳播是被嚴格禁止的。光子晶體的性能是由其光子能帶結(jié)構(gòu)決定的，而光子能帶結(jié)構(gòu)取決于組份材料(介電常數(shù))和空間結(jié)構(gòu)。組成一維光子晶體的組份材料通常是兩種不同的介電材料，這兩種材料一旦確定，光子晶體的性能就主要靠其結(jié)構(gòu)設(shè)計來調(diào)節(jié)和控制。本論文以實驗制備的組份膜的光學(xué)常數(shù)為依據(jù)，研究不同結(jié)構(gòu)光子晶體的光子能帶結(jié)構(gòu)。為了獲得不同濾波性能的一維光子晶體，著重研究了性能

2、與結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的關(guān)系。
　　 一，采用射頻磁控濺射方法在玻璃基片上制備TiO2和Al2O3單層膜，利用橢圓偏振法研究薄膜的光學(xué)常數(shù)。首先利用橢偏儀測量得到樣品的橢偏參數(shù)，通過反演計算，擬合得到薄膜光學(xué)常數(shù)對波長的色散關(guān)系，并將反演計算得到的透射譜與實驗測試結(jié)果進行對比，二者吻合，從而驗證了擬合結(jié)果的正確性，為結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了準確的材料光學(xué)性能參數(shù)。
　　 二，以TiO2和Al2O3為組分材料設(shè)計了結(jié)構(gòu)為(HL)mL(HL)

3、n的一維缺陷光子晶體。為了研究該結(jié)構(gòu)的濾波性能并對其優(yōu)化，利用傳輸矩陣方法擬合計算了不同結(jié)構(gòu)的光學(xué)透射譜。研究結(jié)果顯示，該種結(jié)構(gòu)光子晶體的光子帶隙中央存在一個極窄的透射窗口；通過調(diào)整缺陷層前后的光子晶體重復(fù)周期、缺陷層厚度和波的入射角可以改變窄帶透過窗口的位置和窄帶的寬度；經(jīng)過結(jié)構(gòu)優(yōu)化，在m=19、n=20、缺陷層光學(xué)厚度為387.5nm時，窄帶透過窗口的波長在參考波長(1550nm)處，且其半功率帶寬小于0.001nm，窗口內(nèi)的透射率

4、可以接近100％。
　　 三，以TiO2和Al2O3為組分材料設(shè)計了結(jié)構(gòu)為(HL)m(κHκL)m的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)一維光子晶體。分別研究了(HL)m的重復(fù)周期、周期厚度和入射角對光子帶隙的位置、p偏振和s偏振光所產(chǎn)生的影響。同時，在電磁波斜入射的條件下，利用(HL)m與(κHκL)m的p偏振光的能帶疊加，設(shè)計出在帶隙區(qū)域內(nèi)，獲得允許p偏振光透過而阻止s偏振光透過的偏振帶通濾波器。該濾波器具有膜層較少、小型化和類矩形等特點，制作簡單，