第57卷第10期2008年10月1000 3290 2008 57(10) 6381 05

物 理 学 报

ACTAPHYSICASINICA

Vol.57,No.10,October,2008

2008Chin.Phys.Soc.

光子晶体异质结的位相和应用

伍楷舜 龙兴腾 董建文 陈弟虎 汪河洲

(2007年10月1日收到;2008年5月13日收到修改稿)

(中山大学光电材料与技术国家重点实验室,广州 510275)

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研究了由不同周期结构的光子晶体组成的异质结和含耦合杂质的光子晶体异质结的位相.发现光子晶体异质结使光子晶体杂质模的反射率接近1,但反射相移不随反射率的改变而改变,反射相移只由前边的子光子晶体的禁带、通带或耦合杂质模中的子峰决定.即异质结的前边的子光子晶体的耦合杂质模中的每一子峰、每一通带或禁带对应的反射相移为2 .对多杂质耦合的结构,反射相移很灵敏,可用于制作高灵敏光子器件.以全光位相与非门为例描述全光位相逻辑门的方案和可行性.另外,这些特性对研究位相有关的新物理过程和现象有意义.

关键词:光子晶体,位相,异质结,耦合杂质PACC:4270Q,7820P

1 引

构

[1,2]

言

2 两种周期结构光子晶体组成的异质结的位相物理特性

[3 15]

光子晶体是介质或金属材料构成的人工周期结.其结构的制作、带隙和杂质的物理性质及其

.但对其

[16]

光子器件等研究一直引起广泛的关注位相特性和器件的研究还极少

本文运用传输矩阵方法计算研究了光子晶

体异质结结构中的带隙和位相特性.异质结的结构为(L2H2)(L1H1),其中,nH1=nH2=2 4,nL1=nL2=1 45,nH1dH1=nL1dL1=0 25a= 4,nH2dH2=3 4,nL2dL2= .计算结果如图1所示.从图可看出,带隙反射率基本是两子光子晶体的带隙反射率之和.但光子晶体异质结的位相与带隙反射率完全不一样.它完全由处于前边的子光子晶体决定.对非异质结的光子晶体带隙,整个带隙位相共变化2 .从带隙结构上看,光子晶体异质结的带隙与单一光子晶体的带隙除增宽外没任何不同.但实际上完全不一样,因光的性质由强度和位相等多参数表征.在处于前边的子光子晶体的通带中,其相移对应每一小峰为2 ,整个禁带的相移近40 ,见图1(d).这种反射光的反射率不变(高反射),但位相随频率连续地近乎线性地和大斜率地变化对位相相关的新物理规律和现象研究将有重要意义,并对位相相关的应用有潜在的意义,特别是近乎线性变化的性质将在实际的光子器件的开发应用中很有意义.

18

8

[20]

.光的位相特性是

[17 19]

光的典型特性之一,光物理现象都与位相特性相关.例如:超光速现象和光子晶体的慢光效应等要是公认的.

然而,基于位相特性的应用和器件目前尚不多见.在目前的光技术的重要应用(如光通信)中,信号处理是通过电子系统完成,而电子系统中只有振幅信号存在,所以,现有的光子器件中只有振幅信号被使用.人们预言,全光系统将来一定会实现,到时将只考虑究竟是位相器件还是振幅器件的灵敏度高,及哪一者有更多优势,所以研究光子晶体位相有潜在的意义.对于光子带隙而言,异质结常用于扩展光子带隙.对于位相,异质结将出现什么新相象和新物理规律,很多是未知的.

本文研究了不同周期结构光子晶体组成的异质结和含耦合杂质的光子晶体组成的异质结的位相,发现了许多新物理现象和新物理规律.

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所以,从基础物理角度看,位相与振幅和频率一样重

*国家自然科学基金(批准号:10674183),国家重点基础研究发展计划(973)项目(批准号:2004CB719804)资助的课题.ssysu.