论文部分内容阅读
光子晶体因其优异的滤波特性,在光子器件、传感器、光通讯等方面应用前景广泛。本文以一维光子晶体为研究对象,采用仿真与实验相结合的手段对一维光子晶体的滤波特性进行研究。首先阐述了电磁波在一维光子晶体结构中的传输理论,然后基于传输矩阵法通过Matlab软件对该结构进行仿真。通过改变一维光子晶体结构中的不同参数：周期数；介质材料折射率比；电磁波的入射角度；基底介质材料以及当引入缺陷层的时候缺陷层的光学厚度、材料、位置等对该结构滤波特性影响。这些仿真结果为一维光子晶体的制备以及光子晶体器件的设计提供了指导。基于仿真结果的指导,通过溶胶-凝胶的方法制备TiO2-SiO2一维光子晶体。首先讨论了如何控制一维光子晶体的基本单元-单层薄膜的厚度与质量,得到所制备的溶胶的提拉速度与薄膜厚度的关系,确定了高质量薄膜所需要的干燥速度、焙烧制度等因素。根据以上结果制备出在紫外(最大反射率Rmax=90%、半波最大值全宽FWHM=140nm)和可见光波段(Rmax=94%、FWHM=194nm)具有优异滤波特性的一维光子晶体,并且利用SEM、XRD、UV-VIS-IR等仪器它们进行了表征与检测。提出紫外波段的该结构可以用于UVA波段紫外线的防护,可见光波段的该结构可用于太阳能电池的背反射器。此外,本文还通过加入较大粒径溶胶颗粒的方法克服了溶胶-凝胶法制备较大厚度薄膜开裂的问题,制备出了在近红外波段(1600nm)具有滤波特性的一维光子晶体。通过检测所制备紫外和可见光波段一维光子晶体得到各种参数,利用这些参数进行仿真,发现仿真与检测结果一致。另外,还通过实验和仿真对比分析了入射角度与周期数对于一维光子晶体滤波特性的影响,发现二者的结果也相符。图81幅,表5个,参考文献79篇。