毕业论文砷化镓基二维光子晶体带隙结构的研究

1、作者：刘夫成级：光电073指导人民教师：秦希峰、梁毅、砷化镓化学基二维光子晶体乐队间隙结构研究，本文工作内容，砷化镓特性光子晶体乐队间隙计算方法砷化镓化学基二维光子晶体乐队间隙研究，砷化镓特性，砷化镓与Si相比，在GaAs晶体有很多优点的：室温下，GaAs大于Si和Ge的禁带宽度，GaAs去老虎钳的允许工作温度范围大于Si去老虎钳的GaAs是直接乐队间隙材料，Si和Ge是间接乐队间隙结构，GaAs具有比Si和Ge更好的光学特性和云同步， GaAs的少子寿命短，辐射等产生的电子空穴对可以迅速复合，减少对电路性能的影响，具有良好的耐辐射特性，特别重要的是，GaAs单晶中的电子转移度比Si单晶大5倍

2、，GaAs解老虎钳在工作频率、开关速度、低电功耗等方面比Si 光子晶体的特点，光子晶体是介电常数随空间周期性变化的新型光学精细结构材料。 光子禁带是指一定频率范围内的光子，在光子晶体内的某个方向上严格地禁止传播。 二维光子晶体的应用，光子晶体光纤微波天线发光二极管是一种有缺陷的二维光子晶体。 光纤被复层若导入由规则分布的空气孔排列成三角形或六角形的精细结构构成的空气孔，则可获得以往光纤无法实现的大折光率差，通过改变空气孔的大小或排列，可控制其光学特性，因此设计变得灵活。 光子晶体光纤与普通光纤相比，具有无截止的单人模式特性、超数值孔径、独特的色散性和超连续光谱等特性，微波天线小型轻量，在军事和

3、民间方面得到广泛应用。 以往的微波天线的制造通过将天线直接制造在介电质化学基台上，大量的能量被天线化学基台吸收，从而效率低。 首先利用光子晶体的特性来改善天线的放射性能，是用光子晶体代替传统的金属作为天线的基板。 发射电磁波的频率落入光子晶体的光子乐队间隙后，可以大幅抑制表面波，抑制基板的吸收，提高天线的发射效率。 目前，人们主要采用直接光子晶体设计微波天线，大幅度提高天线的准直性和辐射效率。 光子晶体乐队间隙计算方法、平面波展开法时域有限差分(FDTD )法多极法传输矩阵法多次散射法、平面波展开法、平面波展开法是目前最常用的光子能带结构计算方法之一。 该方法的主要计算思想是，首先，周期性地将

4、光子晶体的介电函数展开为傅里叶级数，将入射到云同步的电磁波在逆易空间进行平面波展开，然后，将两者的展开式代入光子晶体的主方程式， 将波动方程变换为矩阵形式的本征方程，最后基于矩阵本征方程建立计算机计程仪柱，沿着不可约布尔区的边界计算方程的本征值，将大量本征值连接成直线，得到光子晶体的能带结构. 砷化镓化学基的二维光子晶体乐队间隙研究表明，模拟了TETM入射波，利用平面展开法，通过Rsoft应用软件计算研究了第一乐队和第二乐队之间乐队间隙的变化规律. 其中，a表示光栅常数，r表示气孔的六角形的边的长度，即圆形气孔半径。 下图为圆形气孔的六方晶格结构的排列图，1. a不变，r的变化对乐队间隙的影响

5、，TM、TE分别为入射波，a不变时，两图的乐队间隙宽度随着半径先变大而变小，分别为r=0.44m， 从在0.485m左右时乐队间隙宽度成为最大值的图可以看出，光栅常数a不变化，若改变半径，则中心频率随着半径的增大而变大，若半径小，则对乐队间隙的影响变缓，若半径大，则影响变快。 2. a不变，r的变化对乐队间隙的影响是，TM、TE入射到云同步，TM型的乐队间隙范围宽，在r=0.19到0.5的范围存在乐队间隙，在0.45附近最宽。TE型的乐队间隙的范围小到r=0.38附近。 r=0.42时出现完全的乐队间隙，在0.45附近最宽。 3. r不变，a的变化对乐队间隙产生的影响，TM、TE分别入射，从以

6、上的两个图可知，在分别选择TMTE作为入射波的情况下出现明显的光子禁带，但是TM的变化显着。 乐队间隙从扫描开始就出现，并且随着a的值变大而乐队间隙变窄，中心频率也随着周期变大而变小。 4. r不变、a变化对乐队间隙的影响、TM、TE入射到云同步上进行了总结，本文简要介绍了砷化镓物质的性质，并对光子晶体进行了详细介绍。 光子晶体在实现全光通讯、光子计算机等方面发挥着非常重要的作用，其研究也越来越深入。 为了得到砷化镓化学基二维光子晶体的乐队间隙结构，用平面波展开法分析了光子晶体空气孔型完全禁带的影响因素. 主要对砷化镓化学基选择光栅常数和半径两个参数，用Rsoft应用软件计算，得到光子晶体禁带特性：六角形的