专利名称：一种分立简并模的二维光子晶体结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种分立简并模的二维光子晶体结构。
背景技术：
光子晶体这一新型人工结构材料作为光电集成线路发展的关键，一直以来受到人们的广泛关注。光子晶体的一个重要特征是光子禁带，落在禁带频率范围内的电磁波将无法通过光子晶体传播。若在光子晶体中引入缺陷，在禁带中可能会引入缺陷态，频率与缺陷态频率相吻合的电磁波可能被局域在缺陷处，一旦光偏离缺陷则会急速衰减。这一特性使得光子晶体具有广阔的应用前景，比如我们可以根据这一新理论设计出光子晶体发光二极管、光子晶体纳米谐振腔和光子晶体光纤等。引入缺陷时常产生简并的缺陷模，而将光子耦合到简并模比将其耦合到非简并模困难的多，所以，分立简并模的技术对光子晶体缺陷态的研究具有重要的意义，因此我们设计出一种分立简并模的二维光子晶体结构。目前，分立简并模的方法大多是改变缺陷散射体的形状、填充率的大小等来实现，如改变基元的长短轴之比等。然而这种方法对制备技术要求较高，相对于目前的光子晶体制备技术很难完成，所以投入应用不太现实。
发明内容
本发明的目的为了克服现有技术的不足，提供一种分立简并模的二维光子晶体结构。为实现上述目的，本发明的技术方案为
一种分立简并模的二维光子晶体结构，所述二维光子晶体结构由若干个二维晶格单元周期排列组成，所述的二维晶格单元由相互平行的介质柱体3及缺陷介质柱体4在空气中按二维晶格排列，所述缺陷介质柱体4位于偏离上述二维晶格单元排列中心O. OOlmm O. 180_处，所述的二维晶格单元的介质柱体至少五层，所述二维晶格的晶格常数为1_。所述的二维光子晶体结构由一种或几种介电常数不同的多层单元叠加组成。所述二维光子晶体结构由半导体材料GaN和空气这两种介电常数不同的单元叠加组成，其中，缺陷介质柱体4及介质柱体3材料为半导体材料GaN，其介电常数e=11.4，空气的介电常数为e=1.0 ,光子速度为c = 2.妁8xlOsw/s。所述二维晶格单元排列格子为平行四边形、矩形、正方形或六角形。所述二维晶格单元排列格子为正方形。上述介质柱体3及缺陷介质柱体4的横截面形状为圆形、椭圆形、正方形、矩形、三边形或六边形。上述介质柱体3及缺陷介质柱体4的横截面形状为圆形。所述缺陷介质柱体4与介质柱体3的横截面半径比为5:3。所述缺陷介质柱体4沿对角线方向偏离二维晶格单元排列中心的距离为O. 085mm。光子晶体中缺陷态的产生和分类主要受以下因素的影响一、组成介质的材料性质、介电常数大小比值；二、光子晶体晶格的排列；三、散射体的几何形状、大小、排列方位和位置等。通过调节和改变这些因素，可以设计出不同的缺陷模式。基于以上三方面的因素考虑及现实可行性要求，宜选择一种半导体介质材料分散于空气中构成光子晶体结构。比如，将相互平行的半导体柱体在空气中作周期性排列而构成的二维光子晶体。由五层介质柱在空气中按正方晶格排列而成的光子晶体结构，即使引入点缺陷，也不会打破系统晶格的周期性，所以由五层介质柱构成的光子晶体结构已可以达到要求。本发明的有益效果 本发明所提供的分立简并模的二维光子晶体结构，与以往的分立简并模的结构不同，不需要改变介质柱体几何形状或其材料性质，只需简单的位置调节，即可使简并模得到分立，制作工艺简单，可设计性强。
图I表示由圆形GaN介质柱体在空气中按正方形排列的二维光子晶体能带结构图，其中缺陷介质柱体4与介质柱体3的横截面半径之比为5 :3，缺陷介质柱体沿对角线方向偏离中心的位置为O. 085mm。图2为实施例的横截面示意图。图3为实施例中分立的低频非简并模的电场分布图。图4为实施例中分立的高频非简并模的电场分布图。
具体实施例方式对于由介质柱体分散于空气中所形成的二维光子晶体，柱体横截面形状可以是圆形、椭圆形、正方形、矩形、三边形、六边形等，排列格子也可以取平行四边形、矩形、正方形、三角形或六角形等二维晶格。经计算分析发现，柱体横截面形状为圆形且按正方形格子排列时，更易于使简并模分立为非简并模。进一步研究表明，缺陷介质柱体4半径与介质柱体3横截面半径的比值为5:3时，只要稍微移动一下缺陷介质柱体位置，就可以打开双重简并模。本发明实施例就采用此结构，将五层介质柱按正方晶格周期性排列，并将缺陷介质柱4横截面的半径设置为其他介质柱体3横截面半径的5/3倍，并稍微偏离中心处进行排列，进而引入缺陷，从而达到使简并模分立的目的。实施实例本实施实例选择的是GaN材料(其参数为介电常数e= 11.4 ,光子速度为e = 2.998xlOSi /s)在空气(其参数为介电常数F= 1.0 ,光子速度为c = 2.998xlOsm/s)背景中按如上所述的最优结构组成的二维光子晶体。此时，光子晶体的能带结构图如图I所示，标示I为分立的低频缺陷带，标示2为分立的高频缺陷带。图2为本实施例的横截面示意图，由两个五层单位组成，黑色部分为介质柱，白色背景为空气，其中介质柱体3的横截面半径为O. 18mm,缺陷介质柱体4的横截面半径为O. 30mm, 5表示介质柱体的排列晶格为正方晶格，其单胞的晶格常数为1mm，此时缺陷介质柱体4沿对角线方向偏离中心的距离为
O.085mm。图3和图4为分立的两条非简并模的电场分布图,其中，图3为分立的低频缺陷模的电场示意图，图4为分立的高频缺陷模的电场示意图。此 种缺陷模式具有很好的局域效果。
权利要求
1.一种分立简并模的二维光子晶体结构，其特征在于所述二维光子晶体结构由若干个二维晶格单元周期排列组成，所述的二维晶格单元由相互平行的介质柱体(3)及缺陷介质柱体(4)在空气中按二维晶格排列，所述缺陷介质柱体(4)位于偏离上述二维晶格单元排列中心O. OOlmm O. 180mm处,所述的二维晶格单元的介质柱体至少五层,所述二维晶格的晶格常数为1mm。
2.如权利要求I所述的分立简并模的二维光子晶体结构，其特征在于所述的二维光子晶体结构由一种或几种介电常数不同的多层单元叠加组成。
3.如权利要求I所述的分立简并模的二维光子晶体结构，其特征在于所述晶格单元排列格子为平行四边形、矩形、正方形或六角形。
4.如权利要求3所述的分立简并模的二维光子晶体结构，其特征在于所述晶格单元排列格子为正方形。
5.如权利要求I所述的分立简并模的二维光子晶体结构，其特征在于上述介质柱体(3)及缺陷介质柱体(4)的横截面形状为圆形、椭圆形、正方形、矩形、三边形或六边形。
6.如权利要求5所述的分立简并模的二维光子晶体结构，其特征在于上述介质柱体(3)及缺陷介质柱体(4)的横截面形状为圆形。
7.如权利要求6所述的分立简并模的二维光子晶体结构，其特征在于所述缺陷介质柱体(4)与介质柱体(3)的横截面半径比为5:3。
8.如权利要求2所述的分立简并模的二维光子晶体结构，其特征在于上述二维光子晶体结构是由半导体材料GaN和空气这两种介电常数不同的单元叠加而成的其中，缺陷介质柱体(4)及介质柱体(3)材料为半导体材料GaN，其介电常数￡■=11.4，空气的介电常数为e= 1.0 ,光子速度为C= 2.998xlOsm/s。
9.如权利要求I所述的分立简并模的二维光子晶体结构，其特征在于所述缺陷介质柱体(4)沿对角线方向偏离二维晶格单元排列中心的距离为O. 085mm。
全文摘要
本发明公开了一种分立简并模的二维光子晶体结构，所述二维光子晶体结构由若干个二维晶格单元周期排列组成，所述的二维晶格单元由相互平行的介质柱体及缺陷介质柱体在空气中按二维晶格排列，所述缺陷介质柱体位于偏离上述二维晶格单元排列中心0.001mm～0.180mm处，所述的二维晶格单元的介质柱体至少五层，所述二维晶格的晶格常数为1mm；这种分立简并模的二维光子晶体结构，设计简单，易于制作。
文档编号G02B6/122GK102914818SQ201210376859
公开日2013年2月6日 申请日期2012年10月8日 优先权日2012年10月8日
发明者吴福根, 闫舒雅, 张欣, 姚源卫, 何云 申请人:广东工业大学