介电常数呈正弦平方规律变化的一维光子晶体带结构

一维光子晶体是最简单的一类光子晶体。利用分子束外延生长技术,人们可以把两种折射率(或介电常数)不同的材料交替生长形成多层薄膜结构。由于对称性,人们就把这种多层薄膜材料近似当作一维光子晶体,并研究不同折射率情况下光子晶体的能带特征。假设介电常数呈正弦平方规律变化,光子的运动方程化为熟知的Mathieu方程。根据Bloch定理讨论了系统的能量分布,系统自动呈现出的能带结构,再现了光子晶体的周期性与能带特征。数值分析表明,在参数(δ,ε)平面上系统出现了一系列稳定和不稳定区(禁带)。当参数ε→0时,这些不稳定区退化为一点,给出了禁带中心频率,并用摄动法求解了方程的低阶不稳定区及其禁带宽度。结果表明,一阶和二阶不稳定区(禁带)宽度Δω1,2与介质的参数和入射光子频率有关。适当选择这些参数,可以有效地调节光子晶体的带结构,并按需要得到不同性能的光子晶体。

Band Structure of One-dimensional Photonic Crystal with Dielectric Constant as a Sine-squared Function in Coordinate Space