Почему в случае интенсивность с глубиной спадает по экспоненте? Возможно ли провести аналогию с экспоненциальным поглощением по закону Бугера-Ламберта-Бера? Какая волна наблюдается: бегущая или стоячая? Почему пучности поля сосредоточены на границах слоев?
Почему на границе запрещенной зоны поле в кристалле образует стоячую волну, а интенсивность локализуется в середине кристалла? Почему на низкочастотной границе запрещенной зоны пучности поля сосредоточены в слоях с меньшим коэффициентом преломления, а на высокочастотной границе запрещенной зоны – в слоях с большим коэффициентом преломления?
В задаче 3.6.10 найдите первую полосу пропускания (между первой и второй запрещенными зонами). В ней найдите резонансные частоты, на которых отражение отсутствует. Как количество резонансных частот соответствует количеству периодов фильтра (фотонного кристалла)? Почему крайние резонансы ýже, а провалы между резонансами шире?
Постройте поле в кристалле для каждой из резонансных частот.
Оптической толщиной слоя называется его толщина, умноженная на коэффициент преломления, или количество длин волн, укладывающееся в слое, набег фазы волны.
В задаче 3.6.10 увеличьте вдвое толщину воздушных зазоров. Постройте в частотном спектре пропускания первые пять запрещенных зон. Они выглядят одинаково. Такую структуру называют настроенным фильтром, или фильтром равной длины волны (полуволновым, четвертьволновым). Это связано с тем, что оптическая толщина каждого слоя (пластинок и воздушных зазоров) одинакова.
Объясните связь равенства оптических толщин слоев с равенством запрещенных зон.
Логарифмический спектр – зависимость от частоты логарифма пропускания или отражения, выражающегося в децибелах(дБ): . Падению интенсивности в 10 раз соответствует дБ, а в 1000 раз – дБ.
Для предыдущей задачи покажите, что логарифмический спектр запрещенной зоны представляет собой параболу.
Для настроенного и ненастроенного фотонных кристаллов в задачах 3.6.10 и 3.6.13 сравните:
а) глубину запрещенной зоны (высоту параболы);
б) пики отражения в полосе пропускания.
Объясните разницу.
Используя метод трансфер-матрицы, постройте спектр пропускания среды с коэффициентом преломления , , разбивая среду на 100 слоев толщиной и приближенно полагая коэффициент преломления в каждом слое постоянным. Почему высшие запрещенные зоны мельчают и пропадают? Проведите аналогию такой структуры с самосборкой фотонного холестерического жидкого кристалла.
Фотонный кристалл состоит из десяти одинаковых плоских алмазных пластинок с коэффициентом преломления толщиной каждая, расположенных параллельно друг другу с воздушными зазорами толщиной каждый. Чтобы создать дефектный слой, пятый по счету воздушный зазор, находящийся посередине кристалла, увеличили вдвое. В спектре первой запрещенной зоны появилась область пропускания, называемая дефектной модой.
Как изменяется положение дефектной моды с изменением толщины дефектного слоя?
Что будет, если выбрать нецентральный дефектный слой?
Как распределено поле внутри кристалла на частоте дефектной моды?
Одномерный фотонный кристалл состоит из 15 периодов. Пятнадцать одинаковых плоских алмазных пластинок с коэффициентом преломления толщиной каждая, расположенных параллельно друг другу с воздушными зазорами с показателем преломления толщиной каждый. В такой фотонный кристалл внедили два дефекта, увеличив пятый и десятый воздушные зазоры вдвое (см. рис.).
Рис. Конечный фотонный кристалл с двумя дефектами.
а) Методом трансфер-матрицы провести расчет спектра пропускания фотонного кристалла в случае нормального падения света на образец.
б) Найти распределение интенсивности поля в фотоном кристалле для частот дефектных мод.
в) Дефектные слои представляют собой одинаковые микрорезонаторы, однако частоты в запрещенной зоне, соответствующие их резонансам разошлись, произошло снятие вырождения. Объясните его механизм. Сопоставьте данное явление с изменением частоты нормальных колебаний при взаимодействии двух одинаковых математических маятников, подвешенных на одну провисающую веревку.
г) Как изменятся пики пропускания, если дефекты переместили в третий и двенадцатый воздушные зазоры.
Фотонный кристалл состоит из двадцати пяти одинаковых плоских алмазных пластинок с коэффициентом преломления толщиной каждая, расположенных параллельно друг другу с воздушными зазорами толщиной каждый. Каждый пятый воздушный зазор увеличили вдвое. В спектре первой запрещенной зоны появилась дефектная полоса пропускания.
Сколько резонансов наблюдается в дефектной полосе пропускания. Для объяснения воспользуйтесь тем фактом, что структура помимо основного периода в 150 нм модулируется периодом в 800 нм, дефекты образуют подрешетку.
Фотонный кристалл с числом слоев , включает дефектный слой, расположенный в центре слоистой среды. Толщины слоев мкм, показатели преломления соответственно , ; для дефекта мкм, . Показатель преломления среды, окружающей кристалл, .
Получить зависимость коэффициента пропускания фотонного кристалла с дефектом от частоты и угла падения для ТЕ и ТМ мод.
В случае ТМ моды найти угол Брюстера, при котором исчезает френелевское отражение на границах раздела.
Уменьшите коэффициент преломления дефекта до . Получите спектр пропускания при углах, бóльших угла полного внутреннего отражения. Проведите аналогию с туннельным эффектом.
Законы теории колебаний носят математический характер и потому открывают удивительное подобие физических процессов, наблюдаемых в совершенно различных системах, описываемых одними уравнениями.
Так, математический маятник, пружинный осциллятор и электрический контур емкости-индуктивности описываются одним и тем же гармоническим уравнением.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.