具有三量子阱结构的一维光子晶体透射谱研究

《具有三量子阱结构的一维光子晶体透射谱研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第30卷第1期广西物理GUANGXIPHYSICSVol.30No.12009具有三量子阱结构的一维光子晶体*透射谱研究1,2†1苏安，高英俊(1.广西大学物理科学与工程技术学院，广西南宁530004l；2.广西河池学院物理与电子工程系，广西宜州546300)摘要：在适当选择结构参数基础上，通过传输矩阵法计算模拟光子晶体(AB)m(CD)n(BA)m结构模型的透射谱，当光子晶体(CD)n的三个导带分别处于光子晶体(AB)m(AB)m相邻的三个禁带中时，构成光子晶体三量子阱结构，在光量子阱透射谱的归一化频率1.0(ωa/2πc)，2.0(ωa/

2、2πc)和3.0(ωa/2πc)三处周围，分布着三套具有规律的局域共振峰，出现明显的量子化效应，且三套透过峰数目都可以通过光子晶体(CD)n的重复周期数n来调节，这一现象可用于设计可调性多通道滤波器。关键词：光子晶体；光量子阱；共振透射；滤波中图分类号：O431文献标识码：A文章编号：1003-7551(2009)01-0004-041引言[1,2]上世纪80年代末提出的光子晶体概念，它的最基本特性是具有类似于电子半导体能带结构中的禁带——光子禁带，频率落在禁带中的光被禁止传播。由于它独特的光学特性和潜在的巨大应用前景吸引着越来[3-5]越多

3、的人进行深入的研究。光子晶体在很多光学器件如光滤波器、光学开关、光波导等设计上具有重要的[6]应用。量子阱的概念是由Esaki和Tsu提出的。众所周知，电子在半导体子阱结构中表现出许多有趣而新颖[7]的现象。利用量子阱结构可以“裁剪”半导体中电子能带的特性，许多基于量子阱结构的新器件被制造出[8]来，在代科学技术领域中发挥着重要的作用。类似于半导体中的量子阱结构，将具有不同光子带隙的光子[9]晶体组合在一起即可形成光子晶体量子阱，常见的有光子晶体量子阱结构垒层是由2块相同的光子晶体组[9,10]成，中间阱层是均匀的介电材料；另外一种是光量子阱

4、结构的垒层是由2块相同的光子晶体组成，阱层[3,4,8,11,12]与垒层的光子晶体晶格结构和晶格常数相同但材料不同。当组成光量子阱结构的中间阱层光子晶体能带处于两侧垒层光子晶体禁带中时，可形成局域的光子态，根据这些局域光子态的具体情况可以用来设计光[3,4,8]滤波或是光开关。本文针对(AB)m(CD)n(BA)m模型光子晶体，选择适当的结构参数，计算模拟了光量子阱结构的透射谱，发现了三套量子化的共振透射谱结构，具有典型的量子化效应。2光子晶体模型及其能带特性选定光子晶体模型为(AB)m(CD)n(BA)m，即在镜像对称的光子晶体(AB)m

5、(BA)m中间插入(CD)n光子晶体形成“三明治”状光子晶体结构。分别选取A层、B层、C层和D层介质的厚度和介电常数取值如下：dA=dB=a/8，dC=dD=a/2，a为晶格常数，εA=9.0，εB=1.0，εC=16.0，εD=1.0，m和n可为任意正整数。[13]应用传输矩阵法理论通过Matlab编程计算模拟，得出光子晶体AB和光子晶体CD的色散关系(光子能带结构)如图1，由CD、AB介质组成的简单周期结构光子晶体(AB)10和(CD)10及(AB)5(BA)5光子能带特性谱如图2，图中频率用归一化单位（ωa/2πc）。显然，光子能带结构

6、具有由于布拉格散射产生的透过带的特征。从图1和图2中可知，适当地选择光子晶体组成介质的介电常数和厚度可以使光子晶体(CD)n的归一化频率1.0(ωa/2πc)，2.0(ωa/2πc)和3.0(ωa/2πc)三处的导带分别处于光子晶体(AB)m(BA)m相邻的三个禁带之中，且中心频率2.0(ωa/2πc)处的导带与禁带中心重合，并分别镜像对称分布于中心频率处两侧。当在光子晶体*基金项目：国家自然科学基金项目（50661001,50061001）；广西科学基金项目（桂科自0832029，桂科基0639004）†通讯作者：suan3283395@1

7、63.com收稿日期：2008-12-104具有三量子阱结构的一维光子晶体透射谱研究(CD)n内传播的电磁波频率刚好处于这三个频率区域内时，光子晶体(AB)m(BA)m起着关卡的作用而禁止电磁[3,4,8]波在其内传播，形成光约束。另一方面，光子晶体(CD)n在此频率范围起着势阱的作用。因此，光子晶体(AB)m(CD)n(BA)m形成了一个一维光子晶体三量子阱结构，其中之一的中心频率处2.0(ωa/2πc)对应的量子阱还是一个镜像对称的一维光量子阱结构。光子晶体(AB)m(BA)m是光量子阱结构的垒，光子晶体(CD)n是光量子阱结构的阱。光子

8、晶体(CD)n也可看成是插入光子晶体(AB)m(BA)m内的缺陷层。3.51ABCD0.53(a)0c)1π2.5a/20.5ω(b)20Transmission1