缺陷对对称结构光子晶体透射谱的影响

韦应生

[摘           要]  以对称结构一维光子晶体为研究对象，通过构造与分析该对称结构光子晶体折射率分别为2.61、1.46，其介质薄膜厚度分别为740纳米、1329纳米，结构参数分别为1.9纳米、1071纳米，将对称结构光子晶体结构模型中插入对称缺陷光子晶体模型，则得出若干透射谱，并对其进行分析以期明晰缺陷对对称结构光子晶体透射谱的影响。

[关    键   词]  缺陷;对称结构光子晶体;透射谱;影响

[中图分类号]  O77                   [文献标志码]  A                    [文章编号]  2096-0603（2018）26-0181-01

基于光子晶体具有良好光学传输能效，为此该结构一经问世就成为社会各界的关注热点，其中光子带隙结构是光子晶体较为独特的构成形式之一，当有光频率摄入该结构中时，该结构会作出两种反应：一是在光频率与光子晶体导带频率处于相同范畴时，该结构则允许光通过;二是在光频率处于光子晶体禁带频率范畴时，该结构则不允许光通过。基于此，怎样利用该特性实现对光频率与对称结构光子晶体的控制，成为研究学者不懈追求的方向，然而该结构投射存在一定缺陷，为使该缺陷得以恰当置入，研究缺陷对该结构的影响显得尤为重要。

一、无缺陷的影响

光子晶体为对称结构，在不改变其参数情况下，以n=1、n=2、n=3、n=4、n=5为基元介质排列周期，借助MATLAB进行计算绘出透波谱，在1.00ω/ω0处出现缺陷模，n值与缺陷带宽呈反比，且始终处于1.00ω/ω0两侧，通过对其透射谱进行分析可知，虽然该结构内并无缺陷影响，但仍有空位缺陷呈恒定状态出现在该结构中，这对研究并升级单通道光学滤波器及相关元件有所帮助。

二、将单缺陷插入对称中心的影响

在不改变其他参数情况下将介质C置于对称结构光子晶体中，依据排列规律将得到C（BA）n等两种模型，光子晶体镜像对称结构未发生变化，以n=1、n=2、n=3、n=4、n=5为基元介质排列周期，经计算绘出透波谱，以1.00ω/ω0为中轴线对称分布禁带，缺陷模未出现在光子晶体禁带中心，伴随n不断增大，在对称禁带中分别裂出全新的透射带，在n值大到一定程度时该缺陷模将呈窄带状态，并有较宽的全反射带存在于频率范畴内，这对研究全反射镜有指导价值[1]。

三、两端插入对称缺陷的影响

将两层或多层缺陷呈对称状插入光子晶体结构两端时，依据排列规律将得到C（AB）n等两种模型，以n=1、n=2、n=3、n=4、n=5为基元介质排列周期，经计算绘出透射谱，通过对该谱进行观察可知，其与无缺陷光子晶体透射谱基本一致（n值不断增大条件下），以1.00ω/ω0为中轴线对称分布禁带，表明该结构可通过调节基元介质周期驱动缺陷模，使其对对称结构光子晶体透射性产生影响，实现有目的的调节目标，若n=1则该结构中透射带上仍然有频率位置存在，若n=5则该结构出现明显缺陷，通过对该结构及其透光谱进行分析可知，这种变化规律可用于设计单通道光学滤波器，在置入缺陷C后能对该结构带宽变化速率进行控制，使相关设备功能性更强。

四、排列周期间插入对称缺陷的影响

将缺陷C插入对称结构光子晶体内侧时，依据排列规律得到C（AB）n等四组模型，通过对这四组模型进行分析可知，光子晶体（AB）n和（BA）n将缺陷C分离开来，同时n值与光子晶体缺陷距离呈正相关，以n=1、n=2、n=3、n=4、n=5为基绘制其透射谱，通过分析该谱发现在该结构内以1.00ω/ω0为中轴线对称分布三条缺陷模，当n值增大时缺陷会向1.00ω/ω0靠拢并呈简并态势，三条缺陷模带宽逐渐变窄距离随之缩减，可以猜测当n达到一定程度时，这三条缺陷模将完全重合。通过对该状态下对称结构光子晶体透射谱进行系统分析可知，对称缺陷距谱与n呈正相关，当二者增大时结构中缺陷模耦合作用随之减弱，缺陷模距离随之缩短，基于该规律可研究出更加灵敏的光学开关、光学滤波器等新设备。

五、基元介质间插入对称缺陷的影响

在基元介质间插入介质C，将产生对称缺陷并依据排列规律得到（ACB）n等四組模型，依据缺陷基元介质单元进行排列与变化，同时可得出光子结构晶体透射谱，该谱在1.00ω/ω0中对称分布，在其两侧有频率，并在其恒定处有缺陷模，在该结构禁带频率范畴内该缺陷模数量随之骤增，由此可知该结构频率范畴与缺陷模数量呈正相关，且在两侧频率中距离不等，以1.00ω/ω0为中线呈对称状态分布，通过对基元介质间插入对称缺陷进行分析，为今后研究功能更全的滤波器奠定基础[2]。

六、结束语

综上所述，通过对对称结构光子晶体无缺陷、单缺陷、对称缺陷等状态进行分析可知，该结构对缺陷产生不同反应，对制作新型设备与元件具有极高价值，为此值得在当今社会中被广泛研究与使用。

参考文献：

[1]韦吉爵，苏安，高英俊，等.缺陷对光子晶体透射能带谱的简并效应研究[J].激光技术，2017（1）：56-60.

[2]苏安，白书琼，陈颖川，等.缺陷对对称结构光子晶体透射谱的影响[J].河池学院学报，2016（2）：34-38.