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矩形波导中一维光子晶体光子态密度的定量分析

DOI：10.3390/cryst9110576 期刊：Crystals 出版年份：2019 更新时间：2025-09-11 14:15:04
摘要： 研究了一维光子晶体（PCs）在矩形波导中的光传播特性，旨在实现完全光子带隙（PBG）的同时避免三维光子晶体制造的困难。本研究是对我们先前两篇分别定量分析一维和二维光子晶体全向光传播的论文（《物理评论E》）的补充，那两篇论文均表明：若涉及倏逝波传播，则完全光子带隙不可能存在。本文对限制在矩形波导中的周期性多层异质结构的横电（TE）和横磁（TM）偏振模式，进行了透射函数、能带结构及光子态密度（PDOS）的定量分析，分别获得了准一维光子晶体TE模与TM模的光子态密度。研究表明，在某些频率范围内可获得"完全光子带隙"，并分为三类：（1）低于基模TE模截止频率；（2）处于基模TE模带隙内但低于高阶模截止频率；（3）位于TE模、TM?；蛄秸叽兜闹氐?。这些结果对准一维周期结构中原子的偶极辐射或自发辐射具有普遍意义，未来可能应用于光子量子技术领域。
作者： Ruei-Fu Jao，Ming-Chieh Lin
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研究概述 实验方案

研究目的

研究矩形波导中一维（1D）光子晶体（PCs）的光传播，以实现完全光子带隙（PBG），同时避免制造三维光子晶体的困难。

研究成果

准一维光子晶体中可能存在完整的PBG（光子带隙），可分为三类：(1)位于基模TE模式截止频率之下；(2)处于基模TE模式的PBG范围内但低于高阶模式的截止频率；(3)存在于TE模式、TM模式或两者PBG的重叠区域。这些结果对理解准一维周期结构中原子的偶极辐射或自发发射具有普遍意义，未来可能应用于光子量子技术领域。

研究不足

该研究仅限于矩形波导中封闭的准一维光子晶体，完整光子带隙的确定必须经过仔细实施与验证。该模型在毫米波频段可能更易于实验验证，而光学领域的对应研究或许同样可行。

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