光子晶体tamm态的研究

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光子晶体(PhotonieCrystal(PC))是一种能调控电磁波传输性质的人工周期结构性材料。光子晶体与均匀材料或其他光子晶体组成的异质结中,可形成能量局域于异质结界面的光子隧穿界面态。类比于固体电子学中的tamm态,这类界面态又被称为光学Tamm态。本文从共振隧穿的角度出发研究了光子晶体tamm态的产生机理,提出了利用反射相移特性设计光学tamm态,讨论了光子晶体界面截断参数对tamm态的影响,接着用一种改进的自组装法制备和实现三维胶体光子晶体异质结的tamm态。  本文的主要研究内容如下:  第一,研究了光子晶体tamm态的产生机理并提出了tamm态的设计方法。我们把存在于异质结中的光学tamm态当作是一种满足相位条件的电磁波的无腔共振隧穿现象,并研究了入射光在其表面的反射相移随界面参数改变而发生的规律变化。接着利用反射相移的这种特性,通过调节光子晶体的界面参数设计了存在于PC1/PC2型异质结和PC/ENG型异质结的tamm态。  第二,研究了在超品格光子晶体中的tamm态对带隙的影响。我们将存在tamm态的光子晶体异质结当作一个周期单元,将其拓展为超品格结构,分析了该结构的能带和透射谱。该超晶格结构可以产生多个界面隧穿态,它们之间的耦合可产生新的通带。研究结果表明,该通带的宽度随光子晶体的周期数改变而改变,而通带的中心位置保持不变。当光子晶体周期数取特定值时,这个通带将发生分裂,在带间产生零相位带隙或π相位带隙。  第三,用一种改进的自组装方法制备并实现了存在tamm态的三维胶体晶体异质结。首先我们提出了一种改进的胶体晶体的自组装法--倾斜自组装法。这种方法操作简单,可以制备出大面积均匀的胶体晶体薄膜,还可以通过倾斜角或者浓度来控制样品的厚度。接着根据我们提出的改变光子晶体界面层参数的设计思想,在光子晶体的表面镀上一层20nm左右的ZnO层,进而改变光子晶体的反射相位。我们主要制备了光子晶体异质结和光子晶体与金属合并的异质结。在禁带区域都观察到了明显的隧穿峰,用有限时域差分法模拟的结果与实验结果相符合。
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