光子晶體及其應用的數(shù)值模擬研究.pdf

1、光子晶體是一種存在帶隙的周期結構的人造材料.其特點是光子晶體能夠完全反射頻率處于帶隙內(nèi)的電磁波或完全抑制頻率處于帶隙內(nèi)的自發(fā)輻射.由于光子晶體能帶理論是一種精確的理論,因此,在光子晶體的研究中,理論工作就有著特別重要的意義.本文首先詳細討論了用于光子晶體能帶計算的Order-N算法和直角坐標系下用于發(fā)光二極管光輸出效率計算的電磁場的時域有限差分算法.其次,我們利用一般坐標系下的Order-N算法計算了Sierpinski地毯結構光子晶體

2、的能帶.計算結果表明,這種準分形結構光子晶體的能帶具有一定的自相似性.其帶隙具有多頻帶隙的特性且?guī)兜闹行念l率會隨著分形結構單元幾何形狀的改變而改變.當這種準分形結構光子晶體中含有理想導體時,其能帶不但具有大的絕對帶隙,多頻帶隙的特性,而且,隨著分形級數(shù)的增大,能帶會迅速趨向于能級結構.再次,利用上述能帶的特性,我們討論了這種準分形結構光子晶體在波分復用濾波器上的應用.計算結果表明,通過改變分形結構單元的幾何形狀,我們可以較方便地調(diào)諧波

3、分復用濾波器的濾波頻率.最后,利用直角坐標系下的時域有限差分算法,我們詳細討論了光子晶體在提高GaN發(fā)光二極管光輸出效率中的作用.計算結果表明,對于GaN材料,選擇石墨點陣柱狀光子晶體在制備上較有利,同時,只有含中心柱結構的這種光子晶體可以提高GaN發(fā)光二極管的光輸出效率.另外,在塔狀光子晶體柱角度合適的情況下,塔狀光子晶體柱能有效地提高GaN發(fā)光二極管的光輸出效率.而光子晶體柱半徑和柱心位置的隨機變化會隨機地改變GaN發(fā)光二極管的光輸