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一种研究一维掺杂光子晶体缺陷模的方法
论文
一种研究一维掺杂光子晶体缺陷模的方法
光子晶体（photoniccrystal）是一种具有周期性介电常数分布的原材料，它通过等间距排列的介质通道形成了光子禁带结构，通过控制介质、几何形状和周期来选择或控制特定的波长范围内的传输和反射。光子晶体中的周期化结构使光的行为类似于电子在晶体中的行为。在这个限制性的介质内，可以制造出完美的一维通道、二维平面、三维体积结构，从而控制传统的光学器件（如透镜、衍射光栅等），或制造出新的光学器件（如高品质因子微悬挂、DNA传感器等）。光子晶体给予光一些特殊的高质量特性，因此，光子晶体材料在光电子学中发挥了很大作用。
然而，在实际应用中，由于制备工艺和技术限制，光子晶体晶须会出现晶格缺陷和缺陷通道，从而限制了光子禁带结构的光学特性，使其深具挑战性的缺陷光学特性成为了许多研究的焦点。缺陷模（defectmode），指的是光子晶体中存在的不同于其正常模式的局域化模式，其特性取决于布拉格反射的强弱，可输出单色激光和随机飘动的光子的形式。
为了更好地探究缺陷模在光子晶体中的特性及其对光的控制能力，本文提出了一种研究一维掺杂光子晶体缺陷模的方法。具体步骤如下：
1.制备一维光子晶体材料：通过溶胶–凝胶法，制备一维光子晶体材料，保持其完美周期性结构。这里我们采用3D打印技术进行制备，通过程序控制打印突起的尺寸和周期，以达到精准的周期性结构。
2.制备含缺陷的光子晶体材料：在上述步骤中，通过控制3D打印的程序，制备含有缺陷的一维光子晶体材料，使其局部区域出现不规则的结构变化。这里，我们在光子晶体材料中加入掺杂材料MgO，来引入局部缺陷，产生缺陷通道。
3.理论计算分析：通过理论计算的方法，分析光子晶体模式的能谱、自由进入/禁止进入的状况，并找出具有强的缺陷模式的材料。
4.实验测量：利用能够访问THz波段的GHz-THz-TDS实验仪器进行测量，得到一系列传输和反射光谱，并观察到缺陷模式的光谱。
据此，可以通过上述方法研究一维掺杂光子晶体缺陷模的特性。与其它研究方法相比，本文提出的方法更加精细和精确，可以模拟和测量具有不同位置和形状的缺陷的光子晶体缺陷模式，从而更好地了解缺陷对晶体的影响和控制。这将有助于未来在集成光学器件中设计和模拟相关的光子晶体，以应用于光传输、激光光学和传感领域。