应用声子晶体滤波器改善声子激光器线宽的研究

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新型声子激光器出射的声波频率在THz波段,具有广泛的用途,引起了科学界很大的兴趣。但是这种新型声子激光器仍有不足之处,比如THz超晶格量子阱声子激光器出射的声波线宽过大,不能满足实际的应用需求。本文提出了一种改善声子激光器线宽的方法,将声子晶体应用于声子激光器中,用于对激光器出射声波线宽性能的改善。本文设计了一种新型的声子晶体滤波器,该滤波器由二维正方晶格声子晶体和点、线缺陷组合所构成。为了达到最佳的滤波性能,首先使用基于有限元算法的COMSOL软件对滤波器的材料、晶格形状和介质柱形状进行仿真计算,确定带隙最大时的组元结构,同时结合点缺陷、线缺陷的直接耦合方式,初步设计了声子晶体滤波器的结构;然后进行参数设计和优化,得到介质柱的最佳尺寸;接着分析点缺陷位置和大小对滤波性能的影响,从而得出滤波器的最佳结构参数。在直接耦合声子晶体滤波器的基础上,将所设计的声子晶体滤波器用于声子激光器,改善其出射声波的线宽。仿真结果表明,当声子晶体基质材料采用水银,介质柱材料使用水,晶格形状采用正方形,介质柱形状材料采用圆柱形,晶格常数为1.34434nm,完整晶格介质柱填充率为0.3847,线缺陷处的介质柱填充率为0.0177,点缺陷处的介质柱填充率为0.0228时,声子晶体滤波器可以使声子激光器的线宽从0.95GHz变为0.52GHz,透射率达到92%,改善了声子激光器的性能。
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