Оптические явления в металло-диэлектрических фотонных кристаллах

• Автор: Богданова, Мария Владимировна
• Шифр специальности: 01.04.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 145 с. : ил.

Оглавление
Введение
1 Фотонные кристаллы: свойства и применение
1.1 Электродинамика сплошных сред: основные понятия
1.2 Оптические свойства фотонных кристаллов
1.3 Использование фотонных кристаллов в оптоэлектронике
1.3.1 Антиотражающие покрытия
1.3.2 Оптические химические сенсоры
1.3.3 Источники света
1.4 Результаты главы
2 Численные методы для расчета оптических свойств металло-диэлектрического фотонного кристалла
2.1 Метод разложения по плоским волнам
2.2 Расчет плотности фотонных состояний в методе плоских волн.
2.3 Слоевой метод Корринга-Кона-Ростокера
2.4 Метод конечных разностей для уравнений Максвелла во временной форме
2.5 Результаты главы
3 Расчет зонной структуры металлических фотонных кристаллов: модифицированный метод разложения но
плоским волнам
3.1 Метод разложения по плоским волнам. Формула Друде-Лоренца
3.2 Метод решения уравнения на собственные значения
3.3 Результаты расчетов

3.4 Результаты главы
4 Формирование спектра поглощения металлодиэлектрических трехмерных фотонных кристаллов
4.1 Исследуемая структура
4.2 Результаты и анализ численных расчетов
4.3 Результаты главы
5 Оптический аналог эффекта Бормана в фотонных
кристаллах
5.1 Эффект Бормана в рентгеноскопии
5.2 Эффект Бормана в фотонном кристалле
5.3 Результаты главы
6 Заключение
6.1 Основные результаты и выводы работы
6.2 Достоверность результатов
Литература

Введение
Диссертация посвящена исследованию свойств двумерных и трехмерных металло-диэлектрических фотонных кристаллов с помощью численного моделирования. Развит модифицированный метод разложения по плоским волнам для двумерных периодических оптических систем, учитывающий частотную дисперсию в металле. Исследованы спектры поглощения трехмерных фотонных кристаллов. Рассмотрен новый эффект, связанный с резкой перестройкой электромагнитного поля в трехмерном фотонном кристалле с поглощающими элементами.
Актуальность работы. Фотонные кристаллы представляют собой структуры, как правило, искусственные, с периодической модуляцией диэлектрической проницаемости на масштабах, сопоставимых с длиной электромагнитной волны в видимом и ближнем инфракрасном (ИК) диапазонах [1]. Распространение излучения внутри фотонного кристалла благодаря периодичности среды становится похожим на движение электрона внутри обычного кристалла под действием периодического потенциала. Поэтому электромагнитные волны в фотонных кристаллах имеют зонный спектр и координатную зависимость, аналогичную бдоховским волнам электронов в обычных кристаллах. В частности, указанная периодичность обуславливает возникновение фотонной запрещенной зоны — спектральной области, зависящей от геометрических параметров фотонного кристалла и от свойств материала, внутри которой распространение света в фотонном кристалле подавлено во всех или в некоторых выделенных направлениях (соответственно, полная фотонная запрещенная зона или стоп-зона) [2].
Фотонные кристаллы интересны как с фундаментальной точки зрения (например, для управления квантово-электродинамическими

i i—I i—n i—i f—i I—i t—I i—| |—I
intensity tnnqes (high frequency side ol PBG)
high index grating planes
Рис. 1.14. Распределение интенсивности для двух типов блоховских волн в одномерном ФК. Модуляция интенсивности волны на нижнем рисунке находится в фазе с областями с большим показателем преломления. Так как больший показатель преломления соответствует более короткой эффективной длине волны, интерференционная картина может совпасть с периодичностью ФК, только если длина волны в вакууме будет большей. Верхний рисунок, наоборот, отвечает случаю более высокой частоты (короткой длине волны). При этом пики интенсивности попадают наслои с меньшим показателем преломления. Рисунок из работы |50|.
(зеркальное отражение и все другие порядки дифракции) по отношению к полному падающему полю, соответственно. Поглощение А определяется как полная потеря энергии в структуре А = 1—Т—Я. Для вычисления этих и других величин используются различные численные методы, описанные в главе 2.
Поскольку внутри запрещенной зоны (при заданном направлении падения волны на ФК) не может существовать собственных фотонных мод с вещественным к, волны с такими частотами почти полностью отражаются от поверхности ФК (см., например, Рис. 1.12). При нормальном падении волны с частотами внутри фотонной щели наблюдается зеркальное отражение; при увеличении угла падения интенсивность зеркально отраженной волны падает, и часть света начинает отражаться в дополнительных направлениях. Если фотонный кристалл