二维内嵌结构式光子晶体带隙特性研究

范晓丹, 单江东

(吉林大学 电子科学与工程学院, 长春 130012)

0 引 言

一种介质周期性的排列在另一种介质中即为光子晶体[1]。由于光子晶体的特殊结构导致其介电常数存在空间上的周期性, 电磁波在其间传播受到周期性势场的影响, 光波色散曲线成带状结构, 称为光子禁带。任何光在光子禁带内均无法传播[2], 光子禁带的提出使光子晶体在其应用领域有了更大的研究价值。

目前, 随着人们对光子禁带重要性认识的不断深入, 使提升光子晶体带隙率问题成为当今研究的一个热点。鲁辉等[3]于2009年提出通过将光子晶体变形的方法提升光子晶体的带隙率, 笔者对普通正方晶格光子晶体进行改进和创新, 得到一种新型结构的光子晶体, 改进后光子晶体的带隙情况较普通正方晶格结构有所好转, 使不存在完全带隙的正方晶格六边形介质柱及空气孔型光子晶体分别产生3条、 4条完全禁带。将正方晶格圆形截面、 方形截面、 六边形截面的介质柱及空气孔型光子晶体[4,5], 分别改进为内嵌结构光子晶体后, 使任一截面的正方晶格介质柱型和空气孔型[6,7]光子晶体带隙率均得到提升。因此, 正方晶格光子晶体具有更广泛的应用领域。

1 内嵌结构介质柱型光子晶体的设计

基底钻孔型光子晶体又分为介质柱型光子晶体和空气孔型光子晶体。笔者研究了介质柱型光子晶体, 全部仿真实验均使用Rsoft的bandsolve软件[8,9]。分别对正方晶格圆形介质柱、 方形介质柱和六边形介质柱进行设计实验, 实验介质柱的介电常数均为16, 背景空气的介电常数为1。……