富勒烯型光子晶体及金属插层对一维光子晶体带隙的影响

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光子晶体是具有光子带隙的一种新型光学材料,是二十世纪八十年代末出现的新概念,由于它能奇特的调节光子的运动状态,所以在光导纤维通讯和光子计算机等领域有着广泛的用途和潜在应用。例如光子晶体光纤,它是九十年代发展起来的新光波导材料,光子晶体光纤和普通光纤相比,具有宽带单模特性、超大数值孔径、独特的色散性和超连续光谱等特性。因此,对光子晶体特性的研究及其应用开发,成为当今世界科研工作者研究的热点之一。 富勒烯是由碳形成的一系列笼形单质分子的总称,而C60是富勒烯系列全碳分子的代表。十多年来人们对其具有的物理和化学性能进行了大量的实验和理论研究。对于C60及其衍生物,要使其优异性能得到实际应用,其关键环节是在固体基片上制备出有序的C60及其衍生物薄膜。经过不断的尝试目前人们已经可以在多种金属、半导体等衬底材料上制各出高质量的富勒烯单层膜或多层膜,如衬底材料为Ag、 Cu、Si、Ge、 GaAs的富勒烯单层膜或多层膜结构。但目前富勒烯单层膜或多层薄膜的研究主要集中在界面结构、物理性能及形成机理等方面,很少有关于富勒烯薄膜用作光子晶体的研究报道。 一维光子晶体在结构上最为简单,易于制备,而且存在与多维光子晶体类似的全向能隙结构。但传统的一维介质光子晶体的带隙不宽、带内反射不是很强,特别是禁带受角度、极化的影响很大。为了克服这些缺点,在介质中插入金属薄膜构成新的PBG结构—金属—介质光子晶体。利用在介质型光子晶体中插入金属层组成“金属型”光子晶体,可以明显的增加禁带的宽度,可以制作优良的反射镜。而且利用金属型光子晶体制作的反射镜具有许多优点,如尺寸小、重量轻、宜于制备、成本较低等。 总之,富勒烯薄膜作为光子晶体材料目前还几乎没有相关文献报道,本文采用传输矩阵方法(TMM)对C60/M(M= GaAs、Si、Ag)多层膜的光学特性进行理论分析,探索了其作为光子晶体的可行性;并研究了金属插层对AlN/P3OT多层膜一维光子晶体带隙的影响,从而得到一种设计光子晶体的新方法。这对光子晶体理论研究和新型光学器件应用开发具有一定指导意义。
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