光子晶體帶隙時(shí)域有限差分方法計(jì)算.pdf

1、本文將時(shí)域有限差分法(FDTD)用于光子晶體傳輸特性的研究。采用完全匹配層(PML)吸收邊界條件來(lái)截?cái)嘤?jì)算區(qū)域，編制了一維光子晶體傳輸特性的數(shù)值計(jì)算程序以及二維正方晶格光子晶體傳輸特性的數(shù)值計(jì)算程序。 對(duì)于一維光子晶體，計(jì)算了不同條件下完整結(jié)構(gòu)階躍型光子晶體的透過(guò)率譜。通過(guò)透過(guò)率譜的變化，分析了介質(zhì)層數(shù)、介質(zhì)所占空間配比、介質(zhì)介電常數(shù)比對(duì)光子帶隙的影響。發(fā)現(xiàn)介質(zhì)層數(shù)的增加會(huì)使光子帶隙拓寬并加深，但是帶隙的位置不會(huì)移動(dòng)；介質(zhì)介電常

2、數(shù)比越大，帶隙越寬越深，也越容易出現(xiàn)帶隙。另外還計(jì)算了介電常數(shù)連續(xù)變化的一維光子晶體透過(guò)率譜。當(dāng)介質(zhì)中的介電常數(shù)呈正弦曲線變化，變化范圍在2.0～7.0之間時(shí)，在計(jì)算出的10個(gè)周期結(jié)構(gòu)的透過(guò)率譜中，同樣存在類似階躍型光子晶體的光子帶隙；當(dāng)介電常數(shù)變化范圍是4±1×10-6時(shí)，在對(duì)100個(gè)周期結(jié)構(gòu)計(jì)算出的透射率譜中，也出現(xiàn)了一條很窄的光子帶隙。 對(duì)于二維正方形晶格的光子晶體，計(jì)算得出的頻率透過(guò)率譜與文獻(xiàn)中給出的帶隙位置一致。通過(guò)對(duì)

3、空氣柱所占空間配比不同時(shí)的頻率透過(guò)率譜分析，發(fā)現(xiàn)光子帶隙并沒(méi)有隨著空氣柱所占空間比例的增加一直增寬加深，而是先增寬加深，當(dāng)空氣柱所占比例大到一定程度之后，又會(huì)變淺變窄。但是帶隙的位置是一直隨著空氣柱所占空間比例的增加一直向高頻率方向緩慢移動(dòng)。 順序抽取晶格中的介質(zhì)柱在光子晶體內(nèi)部形成線缺陷，可以用來(lái)制造光子晶體光波導(dǎo)。計(jì)算具有線缺陷的光子晶體的透過(guò)率譜可以看出，引入缺陷以后，頻率位于禁帶處的光的透過(guò)率大大增加。場(chǎng)分布圖表明，大部