外磁场对二维磁性光子晶体绝对带隙结构的影响

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当构成光子晶体的材料其介电函数或磁导率随光波的频率而改变时,在求解光子晶体的能带结构时问题就变得比较复杂。一般情况下,铁氧体材料的磁导率是随光波的频率而改变的。本文运用扩展基矢的方法,研究了外磁场对由铁氧体材料构成的二维磁性光子晶体的影响。首先,研究了外磁场对由铁氧体材料构成的三角格子二维磁性光子晶体绝对带隙结构的影响,散射子为圆形空气柱子。研究发现:随着外磁场的增加,填充率为0.843的二维磁性光子晶体的绝对带隙的宽度、绝对带隙的中心频率以及绝对带隙的宽高比均单调递增,但是上述各量有外场时的值均比不加外磁场时的值小,而且加外磁场后不出现绝对带隙闭合的情况。对于填充率为0.650的情况,加外磁场后除了对低频段的绝对带隙有类似于填充率为0.843时的影响之外,加外磁场后在高频段又出现了一个新的绝对带隙,此绝对带隙的宽度和绝对带隙的宽高比均随外磁场的增加而单调递减,而绝对带隙的中心频率则随外磁场的增大而单调递增。值得注意的是在外磁场大到3.0(2πc·a-1)后,该绝对带隙就闭合了。其次,研究了外磁场对由铁氧体材料构成的正方格子二维磁性光子晶体绝对带隙结构的影响,散射子分别为:圆形空气柱子,正方形空气柱子和正方形介质柱子。计算结果表明三种结构具有一些共同点,即加外磁场后绝对带隙都存在闭合的情况,另外三种结构的绝对带隙宽度、绝对带隙的中心频率以及绝对带隙的宽高比均随外磁场的增大而几乎单调递增;不同点是:绝对带隙闭合时所对应的外磁场范围不同,圆形空气柱子结构的范围最大,正方形空气柱子结构的最小,正方形介质柱子结构的介于两者之间。圆形空气柱子结构的绝对带隙的宽度和绝对带隙的宽高比随外场的增加而同时达到最大值,且它们的最大值均大于不加外磁场时所对应的值;而绝对带隙的中心频率却均小于不加外磁场时的值。
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