第二章 光子晶体理论基础-1.ppt

  1. 1、本文档共30页,可阅读全部内容。
  2. 2、原创力文档(book118)网站文档一经付费(服务费),不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
  3. 3、本站所有内容均由合作方或网友上传,本站不对文档的完整性、权威性及其观点立场正确性做任何保证或承诺!文档内容仅供研究参考,付费前请自行鉴别。如您付费,意味着您自己接受本站规则且自行承担风险,本站不退款、不进行额外附加服务;查看《如何避免下载的几个坑》。如果您已付费下载过本站文档,您可以点击 这里二次下载
  4. 4、如文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“版权申诉”(推荐),也可以打举报电话:400-050-0827(电话支持时间:9:00-18:30)。
查看更多
第二章 光子晶体理论基础 麦克斯韦方程 光子晶体光子带隙的计算 光子晶体的不同计算方法及应用场合 电磁波在无限大均匀介质中的传播 电磁波在真空中传播时,c,k和?分别是光速、波矢和角频率。 在折射率为n的均匀介质中传播时, 光速变为v 在各向同性介质中的 ? ? k关系如图 对于各向异性介质 存在两种折射率no和 ne,故? ? k关系变为 那么一维、二维和三维光子晶体中的? ? k的关系或者能带图怎么计算呢? 假设光子晶体中传播的电磁波表示为 应用Bloch理论,把电磁场表示成平面波的形式(其中n是能带序数,k是波矢) 在光子晶体材料中,因为介电常数和电磁场都是周期分布的,所以介电常数、电场、和磁场可以用Fourier级数的形式表示为 对于一维的光子晶体 一维光子晶体结构 主方程(5)变形为 ?(x)表示介电常数沿x方向变化,如果变化的周期是a的话,可表示为 ?(x)的倒数? -1(x)也是周期性的,可扩展成Fourier级数的形式 对于一维的光子晶体 因光子晶体是一种周期性介质材料,所以我们可以用Bloch理论把方程(8)的解写成 对于一维的光子晶体 对于一维的光子晶体 对于一维的光子晶体 对于一维的光子晶体 对于二维光子晶体 对于二维光子晶体 固体物理的简单回顾 晶体最主要的特点是具有周期性重复的规则结构,可以看成是一个或一组p个原子以某种方式在空间周期性重复平移的结果。因此,晶体结构包括两个方面: 一是重复排列的具体单元,成为基元(basis),是一个原子还是多个原子,他们的相对位置及取向怎么样。不同晶体基元不同。 二是基元重复排列的形式。一般抽象成空间点阵,成为晶格(crystal lattice),由布拉维格子(Bravais lattice)的形式来概括,基元以相同的方式,重复地放置在点阵的结点上。 固体物理的简单回顾 对于一个三维的晶体,布拉维格子的格矢可以表示为 固体物理的简单回顾 原胞:(Primitive cell)是晶体中体积最小的周期性重复单元,将原胞平移所有可能的格矢Rn,将精确地填满整个晶体空间,没有遗漏,也没有重叠。常取以基矢为棱边的平行六面体作为原胞,其体积表示为 固体物理的简单回顾 固体物理的简单回顾 光子晶体是不同介电常数(折射率)介质材料周期排列的一种结构,因此介电常数分布是一个周期函数,周期函数可以表示为 固体物理的简单回顾 固体物理的简单回顾 固体物理的简单回顾 固体物理简单回顾 二维光子晶体倒格矢计算 一、方形光子晶体 3. 倒格子空间所对应的原胞(图中黄色区域)称为第一布里渊区(Brillouin zone),这是非常重要的,以后很多计算都是针对这个区间进行的. 固体物理简单回顾 二、三角形(六角形)光子晶体 * * 1)平面波展开法 频域 带隙计算 2)FDTD(Finite Differential Time Domain)法 时域 光场随时间变化,透射谱等 Typical ? ? k diagram of an isotropic medium: ? = v k ?(k) k ?(k) k 1 1 2 2 Typical k ? ? diagram of a uniform anisotropic medium for a given direction of k. 1 and 2 are two polarizations. 光子晶体能带图? ? k关系的计算 光在光子晶体中传播时,可以利用描述电磁波的麦克斯韦方程式 (Maxwellequations) 其中 D、E、B、H、ρ以及J分别為电位移、电场、磁通量密度、磁场、电荷密度以及电流密度。 * 不考虑磁性材料,故 假設在光子晶体中,电荷密度ρ以及电流密度J为零(光子晶体中没有光源);此时麦克斯韦方程式可重新表示为 * 方程(3)两边取卷积,同时除以?(r),并将方程(4)代入得 同样处理后的方程(4)变形为 这方程(5)、(6)就是麦克斯韦方程的主方程或本征值方程,与(1)、(2)两式联立就可以求出光子晶体中任意位置任意时刻的电场E和磁场H 其中真空光速 方程(5)和(6)变形为 其中?是本征角频率, LE 和LH是两个微分算符,分别代表第一个等式后面的前边部分。 (7) 又因为光子晶体是周期性的介质材料,所以电磁场振幅是周期分布的 将这两个方程代入方程(7)可得 其中G是倒易空间的倒格矢。 (8) (9) 因为?(x)是实数,所以上式中 其中k和?k是波矢(波数)及与其相应的本征角频率 把电场扩展成Fourier级数形式为 (10)

文档评论(0)

wxc6688 + 关注
实名认证
内容提供者

该用户很懒,什么也没介绍

1亿VIP精品文档

相关文档