光子晶体波导慢光特性研究(2)
时间:2018-07-18 20:24 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
光子晶体根据空间分布的周期性可以分为：一文、二文和三文光子晶体（如图1.1）。如果介质常数只在一个方向上呈周期性分布，则光子带隙只出现在这个方向，即一文光子晶体；二文光子晶体是指，在两个方向上具有周期性介质分布的结构，光子带隙可以在这两个方向出现；三文光子晶体则是介质常数在三个方向上都呈周期性分布。  图1.1 光子晶体 利用光子晶体来实现慢光具有得天独厚的优势。它通过改变自身结构参数可以实现对慢光的灵活控制，体积微小便于集成，能够实现大容量存储。存储时间也可以通过对材料和结构参数进行调整。其中，二文光子晶体由于制作简单，应用也较广，因而利用二文光子晶体慢光实现光缓存是目前主流研究方向之一。更具体来讲，在二文光子晶体方面，又以研究线缺陷和耦合缺陷结构最为热门。 1.1.2 光子晶体的制备 因为晶格常数的限制，光子晶体的制备都是科学家们头疼的问题。自光子晶体概念提出以来，人们不断进行实验研究，得到了许多能够应用于实际的制备方法，如：微机械加工法、半导体制造技术、胶体自组装法等。 微机械加工法是最早用于制备光子晶体的方法，通过在基底材料上机械钻孔，利用空气与基底材料的折射率差来获得光子晶体。微机械加工法制作光子晶体虽然方便，易于控制，但这种加工技术只能用于制作微波波段光子晶体，无法制作可见光波段及红外波段的光子晶体，因此寻找探索研究其他制备方法显得有十分必要。 半导体加工技术是伴随着各种半导体材料的出现而发展起来的一种方法。利用光刻和牺牲层技术（sacrificial layer），研究人员已经在实验室中得到近红外频段的全带隙光子晶体结构。 早期的三文光子晶体制作多采用层状叠加（LBL）的结构，采用这种结构能够得到可见光波段与近红外波段的光子晶体。但是，这种加工技术的加工工艺较为复杂，且受到受刻蚀技术的限制，在制备缺陷态光子晶体上具有较大困难。 由于半导体制造技术在加工方面的局限性，人们在研究中提出并发展了胶体自组装法。目前最常采用的方法是利用胶体颗粒悬浮液的自组装特性来制备三文光子晶体。经过多年的研究，研究人员总结了许多制备高质量胶体晶体的方法，主要有重力场沉积法、离心力场沉积法、模板法等。 重力场沉积法的思想来源于自然界中蛋白石的形成过程，利用分散胶体颗粒悬浮液溶剂的挥发作用，使胶体颗粒在中立场作用下自组装生长到基片上。这种制备方法虽然简单，易于控制样品厚度，但也存在一定的不足：制备周期较长，悬浮液颗粒在重力场下的沉降过程的影响因素较多，难以保证光子晶体的质量。 采用离心力场沉积法，胶体悬浮液颗粒会加速下沉，可以用于制备大尺寸的光子晶体。利用这种方法制备光子晶体所需的时间较短，只要几个小时便能得到有序密堆积的样品。但是，在离心力场下，不能保证悬浮液颗粒都处在能量最小的位置，这样得到的光子晶体在介质周期性上就会存在一定的瑕疵。 1.2 主要研究内容及结构安排 本文主要采用平面波展开法（PWE）对光在二文三角介质柱光子晶体波导中传输时的慢光特性进行了仿真分析，针对线缺陷和耦合缺陷结构中的缺陷柱半径大小，以及这两种缺陷波导中缺陷行与相邻介质柱行间距的大小，对慢光导模在光子带隙的传输特性进行了研究。 围绕以上工作，本文具体结构安排如下： (责任编辑：qin) |