论文部分内容阅读
光子晶体是光电子技术领域的基础研究课题之一，用光子晶体可以制备光子晶体光纤、高性能反射镜、光子晶体波导、光子晶体微腔等等，在将来有着重要的应用前景。但是，至今人们对于光子晶体的物理机制还不完全清楚，光子晶体的制备尤其是在光通讯领域的光子晶体的制备困难重重，目前还处于研究阶段。本论文结合以上背景，主要进行了以下几个方面的研究：一是THz波段二维Al2O3基光子晶体带隙计算和设计，并进行了InP基二维光子晶体激光器的改进以便使激光做到单模单波长发射。二是采用超高真空电子束蒸发方法制备一维紫外、可见光波段的光子晶体。三是进行了一维金属介质光子晶体在可见、红外光区域吸收增强效应研究。 二维光子晶体带隙计算和设计方面：研究了计算二维光子晶体最常用的方法——平面波方法。本章采用平面波方法计算了THz波段二维Al2O3基光子晶体带隙，计算了Al2O3衬底上三角、四角、六角空气柱结构，分别取填充率r／a为0.3，0.35，0.4，0.43，0.45，0.47，0.5，根据计算结果，得出三角比四角、六角阵列孔结构容易产生带隙，并且填充率r／a相同时三角阵列孔结构带隙更宽等特点；另外设计了带隙中心位于150um（f=2THz）空气孔成三角形排列，周期常数a为73.5um，空气孔半径r为33.1um的二维Al2O3基光子晶体。计算了二维InP基光子晶体带隙，提出了在二维InP基光子晶体中引入线缺陷改进光子晶体激光器从而达到单模单波长发射的设想。 一维紫外、可见光波段光子晶体制备方面：首次采用超高真空电子束蒸发方法制备了一维紫外、可见光波段光子晶体，研究了在石英衬底上不同周期的Ag／SiO2体系对光子带隙影响；研究了SiO2不同厚度对Ag／SiO2体系光子带隙产生的影响，发现当SiO2厚度从120nm减薄到100nm时发现光子带隙从500nm-550nm可见光的绿光区蓝移到330nm-350nm紫外光区域，为以后此领域光子汪布硕去论丈有二要晶体器件的制作提供了材料基础。成功制备了带隙宽度位于45Onm一SO0nm的5102/Ti。2体系一维可见光光子晶体。对12层Ag/SIOZ体系和12层5102/TIOZ体系进行反射谱、透射谱模拟，模拟结果与实验结果吻合很好。提出了采用超高真空电子束蒸发方法制备5102/TIO:体系光子带隙位于可见、红外光波段的一维光子晶体垂直微腔的设想。 一维金属介质光子晶体在可见、红外光区吸收增强效应研究方面:首先从实验上证明了不仅在在可见光区域而且在红外光区域通过在块体金属中插入周期性的介质层形成一维金属介质光子晶体都可以增强块体金属的吸收率，证明了理论预言的正确。实验结果显示Ag/SIOZ体系一维金属介质光子晶体在可见光区域2层样品吸收率平均值为40%，6层样品吸收率平均值为61%，12层样品吸收率平均值为84%，一维金属介质光子晶体在可见光和红外光区域的吸收率随着周期数增加而增加。从理论上分析了Ag/510:体系、5102/TIO:体系和金属Ag膜的反射谱、透射谱及吸收谱的独特现象。