Ta-,2-O-,5-基三維光子晶體帶隙性質(zhì)的理論研究.pdf

1、光子晶體是在光學(xué)尺度上具有周期性介電結(jié)構(gòu)的人工設(shè)計(jì)和制造的晶體。自從Yablonovitch和 John分別提出光子晶體概念以來，在實(shí)驗(yàn)與理論研究上受到了廣泛關(guān)注并得到了飛速的發(fā)展。光子晶體因?yàn)椤肮庾訋丁钡拇嬖诙哂性S多嶄新特性，類似于半導(dǎo)體材料中電子在周期性勢場作用下形成能帶結(jié)構(gòu)，在光子晶體中光子由于受到周期性介電結(jié)構(gòu)的調(diào)制，于是出現(xiàn)了光子帶隙，一些特定頻率范圍的光不能在光子晶體中傳播。由于光子存在許多電子沒有的優(yōu)勢：如速度快，沒有

2、相互作用等，我們可以通過對(duì)光子晶體帶隙結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)對(duì)光子的控制，因此光子晶體材料有望實(shí)現(xiàn)光子領(lǐng)域的一次變革。
　　 工作在可見及近紅外光波段的光子晶體是近年來人們研究的熱點(diǎn)，由于在該波段范圍內(nèi)可選材料少、所得帶隙窄，至今研究進(jìn)展都很緩慢。研究發(fā)現(xiàn)：增大介質(zhì)材料的介電常數(shù)是提高光子晶體光學(xué)性能的有效手段之一；將光子晶體的常規(guī)結(jié)構(gòu)改進(jìn)為由不同材料構(gòu)成的異質(zhì)結(jié)構(gòu)也可有效改善其光學(xué)特性。
　　 本文從材料選擇和結(jié)構(gòu)優(yōu)化兩個(gè)方

3、面對(duì)三維光子晶體進(jìn)行了研究。采用密度泛函理論計(jì)算了氮摻雜五氧化二鉭的光學(xué)性質(zhì)，并將其運(yùn)用到了三維光子晶體的研究之中。最后采用傳輸矩陣方法和平面波展開法分別研究了氮摻雜Ta2O5金剛石結(jié)構(gòu)三維光子晶體以及由Ta2O5/MgF2組成的異質(zhì)結(jié)構(gòu)三維光子晶體的帶隙特性。
　　 研究結(jié)果表明：氮摻雜明顯提高了Ta2O5的折射率，當(dāng)?shù)獡诫s量為7.14[％]即Ta2O4.5N0.5結(jié)構(gòu)的折射率最高，光學(xué)性質(zhì)最佳。金剛石結(jié)構(gòu)Ta2O4.5N0.