《太赫茲波段金屬光子晶體缺陷態濾波器的初步研究》是依託清華大學，由李列明擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：太赫茲波段金屬光子晶體缺陷態濾波器的初步研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：李列明
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
太赫茲光子晶體的製備沒有實質性的困難，因此，太赫茲光源的出現，為光子晶體的研究提供了極大的便利，也為其套用提供了廣闊的舞台。本項目以基於嚴格的電磁場理論的計算機數值模擬結合理論分析為主要工具，輔以必要的實驗驗證，結合典型的太赫茲材料物性參數的特點和太赫茲研究、套用的特殊要求，研究1、光子晶體的結構、缺陷的形狀與入射場分布等因素對工作在太赫茲波段的光子晶體的缺陷態的特性的影響；2、在太赫茲波段各種典型金屬光子晶體微腔型窄帶濾波器由於金屬較強的吸收特性導致的對最大Q值的限制和相應的透過率等特性；3、在太赫茲波段實現高Q大透過率金屬光子晶體微腔式窄帶濾波器的可能性；4、利用缺陷附近很高的共振場強實現各種非線性效應，如混頻、倍頻、開關等的可能性。本項目的研究將豐富人們對光子晶體缺陷態的了解，有助於太赫茲技術，尤其是太赫茲通訊、太赫茲信號處理方面的發展。
結題摘要
1、我們研究了不同入射場對結果的影響。重點調查了點缺陷光子晶體微腔的透過特性與入射場的光束寬度w的關係，我們發現：當w比較小時，透過係數T與w無關，當w繼續增大時，T振盪變化，w繼續增大後將達到飽和，此後，傳輸功率基本上與w無關，或者說T與w基本上成反比。大致上，w的飽和值可以看作是點缺陷的共振吸收截面。w的飽和值明顯大於點缺陷在入射光方向的橫截面，在我們調查的幾種結構中，點缺陷的形狀是確定w的飽和值的一個關鍵因素。我們發現，正方晶格單點缺陷的飽和值和三點缺陷的幾乎一樣，雖然兩者在入射光方向的橫截面相差很大。光通訊波段的光子晶體絕大多數使用光波導將光導入微腔，波導的寬度遠小於w飽和值，但是在太赫茲波段和微波波段，光子晶體器件可能工作在開放空間，如天線。我們的工作可供這類套用參考，也有助於增加對光子晶體缺陷態特性的理解，填補了一個小空白。 2、我們發現，對正方晶格金屬光子晶體，TM模正入射的透過譜的第一個通帶是由特殊的物理機理引起的。因此透過率表現出反常行為，例如，有n-1個符合洛倫茨線型的共振峰（n是沿正入射方向排列的金屬柱層數）；對金屬柱位置的變動比較敏感。我們計算了場分布並提出了一個簡單的模型並據此找到了其主要的物理機理，定性地給出了第一通帶的位置、成功地解釋了這些反常行為。我們認為：在這個頻率範圍內，單層金屬柱的透過率足夠小以至於可以近似看作是一層反射膜，兩層金屬柱近似於兩層反射膜組成的法布里-布羅腔，n層沿正入射方向排列的金屬柱可以看作n-1個弱耦合的法布里-布羅腔，於是原來法布里-布羅腔的一個共振峰被分裂為n-1個，就像n個簡併能級的微擾結果一樣。因為本質上是共振穿透，所以透過率對金屬的電導率和金屬柱位置的無規變動比較敏感。作為比較，普通光子晶體的第一通帶和第一禁帶，對介質柱位置的隨機變化相當鈍感。在太赫茲波段，當金屬柱是半徑0.15mm的銅絲時，共振峰的品質因子，Q=100~200。相應地，也觀察到明顯的慢光效應，光脈衝傳播速度小於真空中的1/200。作為對比，在第二通帶，因較大折射率而導致的慢光效應中，光脈衝傳播速度約為真空中的1/10。 3、我們也調查了金屬光子晶體的損耗與金屬的電導率的關係，已經有些新結果，將在結題後繼續進行。 由於意外因素的影響，項目估計在半年到一年後才能完成原定計畫。
