光子晶體器件帶隙性能和微型化研究.pdf

1、隨著大量數(shù)字多媒體業(yè)務(wù)的涌現(xiàn),人們對(duì)于帶寬和數(shù)據(jù)處理速度的需求日益增長(zhǎng),但是微電子技術(shù)的飛速發(fā)展卻遇到了“電子瓶頸”問(wèn)題。由于光子具有高傳輸速率,高容錯(cuò)性以及高密度等優(yōu)點(diǎn),光子代替電子作為信息的載體已是人們的共識(shí)。但是光子也存在著缺點(diǎn):傳統(tǒng)光學(xué)對(duì)光的控制主要依賴于光的全內(nèi)反射原理。要實(shí)現(xiàn)全反射,與波長(zhǎng)相比,界面必須足夠光滑足夠大,而且光路的轉(zhuǎn)角不能太大,這限制了光學(xué)元件的微型化。因此集成光學(xué)器件的尺寸和集成度問(wèn)題,一直是困擾集成光學(xué)發(fā)展

2、的重要問(wèn)題之一。光子晶體可以通過(guò)光子帶隙和帶隙缺陷實(shí)現(xiàn)對(duì)光的控制,提供比現(xiàn)有電子器件大得多的帶寬和更高的數(shù)據(jù)處理速度。同時(shí)光子晶體相對(duì)于傳統(tǒng)的光學(xué)器件具有體積小、損耗小、功能豐富等優(yōu)點(diǎn),所以被認(rèn)為是最有前途的光子集成材料,稱為光子半導(dǎo)體。
　　 論文首先研究了常見簡(jiǎn)單晶格光子晶體的能帶,詳細(xì)分析了光子晶體器件相對(duì)最大帶隙寬度的影響因素。建立了一個(gè)通用的光子晶體器件最小化失效性測(cè)定模型,通過(guò)此模型得到了特定光子晶體器件微型化的有效

3、最小晶格周期數(shù)。最后詳細(xì)分析了光子晶體器件微型化的相關(guān)影響因素。論文主要的工作及創(chuàng)新點(diǎn)如下:
　　 (1)通過(guò)數(shù)學(xué)推導(dǎo)論證了正三邊形和正六邊形晶格的簡(jiǎn)約布里淵區(qū)完全相同。基于該結(jié)論在MPB仿真程序中設(shè)定相關(guān)晶格的簡(jiǎn)約布里淵區(qū),實(shí)現(xiàn)了對(duì)光子晶體器件能帶結(jié)構(gòu)和帶隙性能的分析。
　　 (2)數(shù)學(xué)推導(dǎo)了二維圓柱形介質(zhì)柱光子晶體的能帶結(jié)構(gòu),通過(guò)MPB軟件對(duì)正三邊形和正六邊形晶格的光子晶體能帶進(jìn)行了分析。填充因子和介質(zhì)柱的相對(duì)介電常

4、數(shù)以及晶體的晶格形狀都會(huì)影響晶體的能帶結(jié)構(gòu)。
　　 (3)分別分析了正三邊形和正六邊形晶格二維空氣背景圓柱形介質(zhì)柱光子晶體帶隙中TM和TE模式最大相對(duì)帶隙寬度和中心頻率的影響因素。分析結(jié)果表明,晶格的填充率和圓柱形介質(zhì)柱的相對(duì)介電常數(shù)都會(huì)影響光子晶體器件的相對(duì)最大帶隙寬度。
　　 (4)建立了一個(gè)通用的光子晶體器件最小化失效性測(cè)定模型,通過(guò)此模型可以得到不同光子晶體器件微型化的有效最小晶格周期數(shù)。對(duì)于正四邊形晶格,空氣背