Особенности распределения электрического поля в 1D фотонных кристаллах с тремя полуволновыми дефектами

Abstract

Исследованы спектральные характеристики пропускания пространственно-ограниченных 1D фотонных кристаллов с тремя полуволновыми дефектами. Фотонный кристалл состоит из 49 чередующихся слоёв оксидов кремния и титана. Найдена структура кристалла и положение полуволновых дефектов, при которых в области фотонной запрещённой зоны отчётливо проявляются три узкие разрешённые зоны. Исследовано влияние степени согласованности дефектов на положение возникающих разрешённых зон и пространственное распределение электрического поля в 1D фотонном кристалле. Установлено, что электрическое поле концентрируется в середине дефектных слоёв с меньшей диэлектрической проницаемостью, а в случае высокой диэлектрической проницаемости дефектного полуволнового слоя – на интерфейсах слоёв с низкой и высокой диэлектрической проницаемостью. Показано, что при увеличении разни цы в толщине центрального и двух крайних резонаторов, образующих дефекты фотонного кристалла, существенно возрастает электрическое поле в области резонаторов. При разнице в толщинах 40% электрическое поле в области резонаторных слоёв превышает электрическое поле на входной поверхности в 5000 раз.

Досліджено спектральні характеристики пропускання просторово-обмежених 1D фотонних кристалів з трьома півхвильовими дефектами. Фотонний кристал містить 49 шарів оксидів кремнію і титану, що чергуються. Знайдено структуру кристалу і положення півхвильових дефектів, за яких в області фотонної забороненої зони виразно виявляються три вузькі дозволені зони. Досліджено вплив ступеня погоджености дефектів на положення дозволених зон, що виникають, і просторовий розподіл електричного поля в 1D фотонному кристалі. Встановлено, що електричне поле концентрується всередині дефектних шарів з меншою діелектричною проникністю, а у випадку високої діелектричної проникности дефектного півхвильового шару – на інтерфейсах шарів з низькою та високою діелектричною проникністю. Показано, що збільшення ріжниці в товщині центрального та двох крайніх резонаторів, що утворюють дефекти фотонного кристалу, істотно зростає електричне поле в області резонаторів. За ріжниці в товщині у 40% електричне поле в області резонаторних шарів перевищує електричне поле на вхідній поверхні в 5000 разів.

Spectral transmission characteristics of the spatially bounded 1D photonic crystals with three half-wave defects are investigated. A photonic crystal consists of 49 alternating layers of silicon and titanium oxides. The structure of crystal and positions of half-wave defects are found, for which three narrow allowed bands distinctively manifest themselves in a region of the forbidden photonic zone. Influence of degree of compliance of defects on positions of the narrow transmission zones and spatial distribution of electric field within the 1D photonic crystal is investigated. As revealed, the electric field is concentrated in the middle of defect layers with a less permittivity, and in the case of high permittivity of defect half-wave layer, it concentrates on the interfaces of layers with low and high permittivity. As shown, the increase of difference in thicknesses of central and two outer resonators, which form the defects of photonic crystal, results in substantial increase of the electric field in resonators. At a difference in thicknesses of 40%, the electric field in resonator layers exceeds the electric field on an entrance surface by 5000 times.