專利名稱：一種分立簡并模的二維光子晶體結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種分立簡并模的二維光子晶體結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
光子晶體這一新型人工結(jié)構(gòu)材料作為光電集成線路發(fā)展的關(guān)鍵，一直以來受到人們的廣泛關(guān)注。光子晶體的一個(gè)重要特征是光子禁帶，落在禁帶頻率范圍內(nèi)的電磁波將無法通過光子晶體傳播。若在光子晶體中引入缺陷，在禁帶中可能會(huì)引入缺陷態(tài)，頻率與缺陷態(tài)頻率相吻合的電磁波可能被局域在缺陷處，一旦光偏離缺陷則會(huì)急速衰減。這一特性使得光子晶體具有廣闊的應(yīng)用前景，比如我們可以根據(jù)這一新理論設(shè)計(jì)出光子晶體發(fā)光二極管、光子晶體納米諧振腔和光子晶體光纖等。引入缺陷時(shí)常產(chǎn)生簡并的缺陷模，而將光子耦合到簡并模比將其耦合到非簡并模困難的多，所以，分立簡并模的技術(shù)對(duì)光子晶體缺陷態(tài)的研究具有重要的意義，因此我們設(shè)計(jì)出一種分立簡并模的二維光子晶體結(jié)構(gòu)。目前，分立簡并模的方法大多是改變?nèi)毕萆⑸潴w的形狀、填充率的大小等來實(shí)現(xiàn)，如改變基元的長短軸之比等。然而這種方法對(duì)制備技術(shù)要求較高，相對(duì)于目前的光子晶體制備技術(shù)很難完成，所以投入應(yīng)用不太現(xiàn)實(shí)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種分立簡并模的二維光子晶體結(jié)構(gòu)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為
一種分立簡并模的二維光子晶體結(jié)構(gòu)，所述二維光子晶體結(jié)構(gòu)由若干個(gè)二維晶格單元周期排列組成，所述的二維晶格單元由相互平行的介質(zhì)柱體3及缺陷介質(zhì)柱體4在空氣中按二維晶格排列，所述缺陷介質(zhì)柱體4位于偏離上述二維晶格單元排列中心O. OOlmm O. 180_處，所述的二維晶格單元的介質(zhì)柱體至少五層，所述二維晶格的晶格常數(shù)為1_。所述的二維光子晶體結(jié)構(gòu)由一種或幾種介電常數(shù)不同的多層單元疊加組成。所述二維光子晶體結(jié)構(gòu)由半導(dǎo)體材料GaN和空氣這兩種介電常數(shù)不同的單元疊加組成，其中，缺陷介質(zhì)柱體4及介質(zhì)柱體3材料為半導(dǎo)體材料GaN，其介電常數(shù)e=11.4，空氣的介電常數(shù)為e=1.0 ,光子速度為c = 2.妁8xlOsw/s。所述二維晶格單元排列格子為平行四邊形、矩形、正方形或六角形。所述二維晶格單元排列格子為正方形。上述介質(zhì)柱體3及缺陷介質(zhì)柱體4的橫截面形狀為圓形、橢圓形、正方形、矩形、三邊形或六邊形。上述介質(zhì)柱體3及缺陷介質(zhì)柱體4的橫截面形狀為圓形。所述缺陷介質(zhì)柱體4與介質(zhì)柱體3的橫截面半徑比為5:3。所述缺陷介質(zhì)柱體4沿對(duì)角線方向偏離二維晶格單元排列中心的距離為O. 085mm。光子晶體中缺陷態(tài)的產(chǎn)生和分類主要受以下因素的影響一、組成介質(zhì)的材料性質(zhì)、介電常數(shù)大小比值；二、光子晶體晶格的排列；三、散射體的幾何形狀、大小、排列方位和位置等。通過調(diào)節(jié)和改變這些因素，可以設(shè)計(jì)出不同的缺陷模式?；谝陨先矫娴囊蛩乜紤]及現(xiàn)實(shí)可行性要求，宜選擇一種半導(dǎo)體介質(zhì)材料分散于空氣中構(gòu)成光子晶體結(jié)構(gòu)。比如，將相互平行的半導(dǎo)體柱體在空氣中作周期性排列而構(gòu)成的二維光子晶體。由五層介質(zhì)柱在空氣中按正方晶格排列而成的光子晶體結(jié)構(gòu)，即使引入點(diǎn)缺陷，也不會(huì)打破系統(tǒng)晶格的周期性，所以由五層介質(zhì)柱構(gòu)成的光子晶體結(jié)構(gòu)已可以達(dá)到要求。本發(fā)明的有益效果 本發(fā)明所提供的分立簡并模的二維光子晶體結(jié)構(gòu)，與以往的分立簡并模的結(jié)構(gòu)不同，不需要改變介質(zhì)柱體幾何形狀或其材料性質(zhì)，只需簡單的位置調(diào)節(jié)，即可使簡并模得到分立，制作工藝簡單，可設(shè)計(jì)性強(qiáng)。


圖I表示由圓形GaN介質(zhì)柱體在空氣中按正方形排列的二維光子晶體能帶結(jié)構(gòu)圖，其中缺陷介質(zhì)柱體4與介質(zhì)柱體3的橫截面半徑之比為5 :3，缺陷介質(zhì)柱體沿對(duì)角線方向偏離中心的位置為O. 085mm。圖2為實(shí)施例的橫截面示意圖。圖3為實(shí)施例中分立的低頻非簡并模的電場分布圖。圖4為實(shí)施例中分立的高頻非簡并模的電場分布圖。
具體實(shí)施例方式對(duì)于由介質(zhì)柱體分散于空氣中所形成的二維光子晶體，柱體橫截面形狀可以是圓形、橢圓形、正方形、矩形、三邊形、六邊形等，排列格子也可以取平行四邊形、矩形、正方形、三角形或六角形等二維晶格。經(jīng)計(jì)算分析發(fā)現(xiàn)，柱體橫截面形狀為圓形且按正方形格子排列時(shí)，更易于使簡并模分立為非簡并模。進(jìn)一步研究表明，缺陷介質(zhì)柱體4半徑與介質(zhì)柱體3橫截面半徑的比值為5:3時(shí)，只要稍微移動(dòng)一下缺陷介質(zhì)柱體位置，就可以打開雙重簡并模。本發(fā)明實(shí)施例就采用此結(jié)構(gòu)，將五層介質(zhì)柱按正方晶格周期性排列，并將缺陷介質(zhì)柱4橫截面的半徑設(shè)置為其他介質(zhì)柱體3橫截面半徑的5/3倍，并稍微偏離中心處進(jìn)行排列，進(jìn)而引入缺陷，從而達(dá)到使簡并模分立的目的。實(shí)施實(shí)例本實(shí)施實(shí)例選擇的是GaN材料(其參數(shù)為介電常數(shù)e= 11.4 ,光子速度為e = 2.998xlOSi /s)在空氣(其參數(shù)為介電常數(shù)F= 1.0 ,光子速度為c = 2.998xlOsm/s)背景中按如上所述的最優(yōu)結(jié)構(gòu)組成的二維光子晶體。此時(shí)，光子晶體的能帶結(jié)構(gòu)圖如圖I所示，標(biāo)示I為分立的低頻缺陷帶，標(biāo)示2為分立的高頻缺陷帶。圖2為本實(shí)施例的橫截面示意圖，由兩個(gè)五層單位組成，黑色部分為介質(zhì)柱，白色背景為空氣，其中介質(zhì)柱體3的橫截面半徑為O. 18mm,缺陷介質(zhì)柱體4的橫截面半徑為O. 30mm, 5表示介質(zhì)柱體的排列晶格為正方晶格，其單胞的晶格常數(shù)為1mm，此時(shí)缺陷介質(zhì)柱體4沿對(duì)角線方向偏離中心的距離為
O.085mm。圖3和圖4為分立的兩條非簡并模的電場分布圖,其中，圖3為分立的低頻缺陷模的電場示意圖，圖4為分立的高頻缺陷模的電場示意圖。此 種缺陷模式具有很好的局域效果。
權(quán)利要求
1.一種分立簡并模的二維光子晶體結(jié)構(gòu)，其特征在于所述二維光子晶體結(jié)構(gòu)由若干個(gè)二維晶格單元周期排列組成，所述的二維晶格單元由相互平行的介質(zhì)柱體(3)及缺陷介質(zhì)柱體(4)在空氣中按二維晶格排列，所述缺陷介質(zhì)柱體(4)位于偏離上述二維晶格單元排列中心O. OOlmm O. 180mm處,所述的二維晶格單元的介質(zhì)柱體至少五層,所述二維晶格的晶格常數(shù)為1mm。
2.如權(quán)利要求I所述的分立簡并模的二維光子晶體結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的二維光子晶體結(jié)構(gòu)由一種或幾種介電常數(shù)不同的多層單元疊加組成。
3.如權(quán)利要求I所述的分立簡并模的二維光子晶體結(jié)構(gòu)，其特征在于所述晶格單元排列格子為平行四邊形、矩形、正方形或六角形。
4.如權(quán)利要求3所述的分立簡并模的二維光子晶體結(jié)構(gòu)，其特征在于所述晶格單元排列格子為正方形。
5.如權(quán)利要求I所述的分立簡并模的二維光子晶體結(jié)構(gòu)，其特征在于上述介質(zhì)柱體(3)及缺陷介質(zhì)柱體(4)的橫截面形狀為圓形、橢圓形、正方形、矩形、三邊形或六邊形。
6.如權(quán)利要求5所述的分立簡并模的二維光子晶體結(jié)構(gòu)，其特征在于上述介質(zhì)柱體(3)及缺陷介質(zhì)柱體(4)的橫截面形狀為圓形。
7.如權(quán)利要求6所述的分立簡并模的二維光子晶體結(jié)構(gòu)，其特征在于所述缺陷介質(zhì)柱體(4)與介質(zhì)柱體(3)的橫截面半徑比為5:3。
8.如權(quán)利要求2所述的分立簡并模的二維光子晶體結(jié)構(gòu)，其特征在于上述二維光子晶體結(jié)構(gòu)是由半導(dǎo)體材料GaN和空氣這兩種介電常數(shù)不同的單元疊加而成的其中，缺陷介質(zhì)柱體(4)及介質(zhì)柱體(3)材料為半導(dǎo)體材料GaN，其介電常數(shù)￡■=11.4，空氣的介電常數(shù)為e= 1.0 ,光子速度為C= 2.998xlOsm/s。
9.如權(quán)利要求I所述的分立簡并模的二維光子晶體結(jié)構(gòu)，其特征在于所述缺陷介質(zhì)柱體(4)沿對(duì)角線方向偏離二維晶格單元排列中心的距離為O. 085mm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種分立簡并模的二維光子晶體結(jié)構(gòu)，所述二維光子晶體結(jié)構(gòu)由若干個(gè)二維晶格單元周期排列組成，所述的二維晶格單元由相互平行的介質(zhì)柱體及缺陷介質(zhì)柱體在空氣中按二維晶格排列，所述缺陷介質(zhì)柱體位于偏離上述二維晶格單元排列中心0.001mm～0.180mm處，所述的二維晶格單元的介質(zhì)柱體至少五層，所述二維晶格的晶格常數(shù)為1mm；這種分立簡并模的二維光子晶體結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)簡單，易于制作。
文檔編號(hào)G02B6/122GK102914818SQ201210376859
公開日2013年2月6日 申請日期2012年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月8日
發(fā)明者吳福根, 閆舒雅, 張欣, 姚源衛(wèi), 何云 申請人:廣東工業(yè)大學(xué)