a不变时，两图的带隙宽度随着半径先增大后减小，分 别在r=0.44μm、0.485μm左右时，带隙宽度达到最 大值;由图可看出晶格常数a不变，改变半径时，中心 频率随半径增大而增大，在半径较小时对带隙影响较 为缓慢，半径较大时影响较为迅速。
2. a不变，r变化对带隙的影响，TM、 TE同时入射
TM 模的带隙范围较大，从r=0.19 到0.5 的范围内都存在带隙， 在0.45附近最宽。TE 模的带隙范围较小，直到r=0.38附近才 出现。而r=0.42时才出现完全带隙，在0.45附近最宽。
砷化镓基二维光子晶体带隙的研究
本文以TE﹑TM入射波 做模拟，利用平面展开 法，通过Rsoft应用软
下图所示为圆形气孔六边晶格 结构排列图
件，计算研究第1能带
和第2能带之间的带隙
变化规律。其中a表示
晶格常数，r表示空气
孔六边形边长，即圆形
气孔半径。
1. a不变，r变化对带隙的影响，TM、 TE分别作为入射波
总结
• 本文简单介绍了砷化镓物质的性质，并对光子晶体做了较详细的 介绍。因为光子晶体对于实现全光通信、光子计算机等起着极其 重要的作用，因此人们对它的研究也是越来越深入。
• 为得出砷化镓基二维光子晶体的带隙结构，本文运用平面波展开 法对光子晶体空气孔型完全禁带的影响因素进行了分析。主要针 对砷化镓基选取了晶格常数和半径两个参数，通过Rsoft应用软件 计算，得出了光子晶体禁带的特性：六边形空气柱光子晶体容易 出现较大的完全禁带；相同晶格下，半径比越大，完全禁带宽度 也越大。完全禁带宽度并非随着半径增大而一直增大，而是存在 一个峰值，半径高于某一值，完全禁带宽度反而变小。
性
是一种带有缺陷的二维光 子晶体。光纤包层由规则 分布的空气孔排列成三角 形或六边形的微结构组成; 由于引入空气孔可以得到 传统光纤无法实现的大折 射率差,而且改变空气孔的 大小和排列可以控制其光 学特性,因此设计上更加灵
活。
微波天线
• 微波天线体积小、重量轻,在军事及民用方面都有广泛的应用。传 统的微波天线的制备是将天线直接制备在介质底座上,这样就导致 了大量的能量被天线基底所吸收,因而效率很低。最早利用光子晶 体的特性来改善天线的辐射性能是用光子晶体代替传统的金属来 做天线的基底。当发射电磁波的频率落在光子晶体的光子带隙时, 可以大大抑制表面波,抑制基底吸收,提高天线的发射效率。目前 人们主要是直接用光子晶体来设计微波天线,用以大幅度提高天线 的准直性和发射效率。
砷化镓基二维光子晶 体带隙结构的研究
INTO
本论文工作内容
•砷化镓的特性 •光子晶体的特点 •光子晶体带隙的计算方法 •砷化镓基二维光子晶体带隙的研究
砷化镓的特性
砷化镓，是一种重要的半导体材料 ，属闪锌矿型晶格 结构，禁带宽度1.4eV。
与Si相比，GaAs晶体有很多优点:室温下GaAs比Si和Ge 禁带宽度大，使GaAs器件的允许工作温度范围比Si器件 更宽; GaAs是直接带隙材料，而Si和Ge为间接带隙结构， 这使GaAs比Si和Ge具有更好的光学特性，同时GaAs的少 子寿命很短，由辐射等所产生的电子一空穴对能迅速复 合，可减少对电路性能的影响，具有良好的抗辐射特性; 尤为重要的是，GaAs单晶中电子迁移率比Si单晶中大5倍， 使GaAs器件在工作频率、开关速度、和低功耗等方面较 Si有明显的优势。
光子晶体带隙的计算方法
平面波展开法 时域有限差分（FDTD）法 多极法 传输矩阵法 多重散射法
面波展开法
平面波展开方法是目前最常用的计算光子能带结构 的方法之一。该方法的主要计算思想是，首先把光子 晶体的介电函数根据其周期性展开成傅里叶级数;同 时把入射电磁波在倒易空间进行平面波展开;然后将 两者的展开式代入光子晶体主方程，从而将该波动方 程转化为矩阵形式的本征方程;最后根据矩阵本征方 程编写计算机程序， 沿着不可约布里渊区边界计算 方程的本征值，将大量本征值连接成线，就得到了光 子晶体能带结构。
3. r不变，a变化对带隙的影响， TM、TE分别入射
从以上两图中可以看出，在分别选择TM﹑TE作为入射波时出 现了明显的光子带隙，但TM变化比较明显。带隙在扫描的一 开始就出现了，随着a的值增大带隙逐渐变窄，中心频率也随 着周期变大而减小。
4. r不变，a变化对带隙的影响， TM、TE同时入射
光子晶体的特点
☆光子晶体是一种介电常数随空间周 期性变化的新型光学微结构材料。 ☆光子禁带是指一定频率范围内的光 子,在光子晶体内的某些方向是被严格 禁止传播的。
二维光子晶体的应用
•光子晶体光纤 •微波天线 •发光二极管
光子晶体光纤和普通 光纤相比,具有无截 止单模特性、超大数 值孔径、独特的色散 性和超连续光谱等特