结题报告 - 石墨烯结构光子晶体研究

石墨烯光子晶体结构研究报告人 ：张志云 小组成员：乔金亮 马 为 姜明辰 李 帅 指导老师：万勇

主要内容1. 简单介绍2. 实验目的 3. 研究内容

4. 实验成果5. 收获反思

简单介绍1、光子晶体是由周期性排列的不同折射 率的介质制造的规则光学结构。这种材 料因为具有光子带隙而能够阻断特定频 率的光子，从而影响光子运动的。这种 影响类似于半导体晶体对于电子行为的 影响。不是新材料，而是新结构---散射元和周 期性排列。

2、滤波：光子晶体具有波长选择的功能， 可以有选择地使某个波段的光通过而阻 止其它波长的光通过其中。

实验目的实验目的：获得最大相对禁带宽度

影响光子晶体禁带宽度的几种常见因素：1.介质常数 2.介质填充率 3.散射元的形状 4.散射元的排列结构 5.散射元的对称性

实验目的

研究方法：用Rsoft软件计算光子晶体的相对禁带宽度 用Origin软件分析数据 禁带宽度表征：相对禁带宽度、绝对禁带宽度 TE模式

介质柱型

TM模式TE模式

空气孔型

TM模式

研究内容

一、圆形散射元的光子晶体禁带的探 究

图1 圆形散射元

n=3.46 a=1um 0<R≦0.5a图2 晶体截面图

研究内容

(a)

(b)

(c)

(d)

图3 (a) TE模介质柱禁带随R数变化规律 (c) TM模介质柱禁带随R数变化规律

(b)TE模空气孔禁带随R数变化规律 (d)TM模空气孔禁带随R数变化规律

研究内容结果分析

表1 四种情况下最大相对禁带对应的参数散射元类 型 R(μm) 相对禁带宽 绝对禁带宽 度(%) 度 禁带中心 频率

介 TE 质 柱 TM 空 TE 气 孔 TM

0.24

29.7

0.080

0.29

0.500.50 0.48

29.626.7 14.56

0.0470.038 0.052

0.1580.143 0.36

研究内容

二、六边形散射元的光子晶体禁带的探究

图4 六边形散射元

n=3.46 a=1um 0<R≦0.577a

图5 光子晶体截面

研究内容

(a)

(b)

(c)

(d)

图6 (a) TE模介质柱禁带随R数变化规律 (c) TM模介质柱禁带随R数变化规律

(b)TE模空气孔禁带随R数变化规律 (d)TM模空气孔禁带随R数变化规律

研究内容

结果分析

表2 四种情况下最大相对禁带对应的参数散射元类 型 R(μm) 相对禁带 宽度(%) 绝对禁带 宽度 禁带中心 频率

究

介 TE 0.19 质 柱 TM 0.39空 TE 0.57 气 孔 TM 0.47

49.0 11.5

0.20 0.036

0.42 0.31

14.653.8

0.800.20

0.550.36

研究内容参数： R=0.19um 相对禁带宽度： 49.01% 绝对禁带宽度： 0.20 禁带中心频率： 0.42图7 TE模介质柱型最大禁带

参数： R=0.47um 相对禁带宽度： 53.79% 绝对禁带宽度： 0.19 禁带中心频率： 0.36图8 TM模空气孔型最大禁带

研究内容

折射率n值对禁带宽度的影响 对六边形散射元 选取TE模介质柱和TM模空气孔型，改变 其折射率

(a)

(b)

图9 (a)TE模介质柱禁带随n的变化规 (b)TM

模空气孔型禁带随n的变化规律 律

研究内容

三、模型优化

y x

图10 椭圆散射元

a=1um e=y/x 0<x<0.5a e>0

图11 光子晶体截面

研究内容

(a)

(b)

(c)

(d)

图12 (a) TE模介质柱禁带随e数变化规律 (c) TM模介质柱禁带随e数变化规律

(b)TE模空气孔禁带随e数变化规律 (d)TM模空气孔禁带随e数变化规律

研究内容结果分析TE模介质柱型情况 相对禁带宽度 TE模空气孔型情况 相对禁带宽度 TM模介质柱型情况 相对禁带宽度 TM模空气孔型情况 相对禁带宽度

e=0.7949.0% e=0.39 7.4% e=1 11.4% e=1 12.6%