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界面粗糙度对一维光子晶体带隙特性的影响

蒋玉蓉  李夏  薛唯  
【摘要】:光子晶体是折射率周期性变化的新型人工材料,其显著的特点是具有光子带隙,可以通过控制和限制光子运动的特性而制成新颖的光学器件。然而,光子晶体制备过程的缺陷对光子晶体特性的实际影响的研究工作开展很少,本文从实验和理论上分析了一维光子晶体的界面粗糙度对光子带隙的影响。理想界面光子晶体带隙特性理论计算是借助于有限时域差分法(finite-difference time-domain,FDTD) 和传输矩阵法完成的。接着,在ZZSX-800ZA真空镀膜机上,用光学镀膜的方法制各了一维光子晶体, 并用原子力显微镜测量光子晶体界面粗糙度。对这些不同界面粗糙度光子晶体体系的光谱特性进行了测量。分析了不同周期数、不同折射率对比度的情况下,光子晶体界面粗糙度对光子带隙的影响。结果表明,在正入射的情况下,对所有的结构,在整个带隙内,反射率随着界面粗糙度的增加而下降。但短波部分的反射率下降较长波部分大,导致正入射的光子晶体的带隙随界面粗糙度增加而变窄,并出现红移。折射率对比度低的结构体系红移现象表现更为突出,而随着周期对数增多,光子带隙中心附近反射率的变化降低。这些结果表明高折射率对比度结构体系较低折射率对比度结构体系具有更好的结构变化的宽容性,同样多周期层数对粗糙度的敏感性更差。这对光子晶体设计与制备过程具有重要的指导意义。最后,对这种粗糙度的影响做了定性的分析,并与文献结果进行了比较。

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