磁性光子晶體設計與色散分析

Abstract

近二十年來出現一個稱為光子晶體的名詞，光子晶體的本質為一週期結構，通常由兩種或兩種以上的介電材料所組成，透過適當的設計，光子晶體可以擁有隔絕電磁波傳遞的能力，因與電子能階中存在的電子能隙現象相似，人們稱之為光子能隙。若將缺陷引入光子晶體當中，即移除一個或多個填充物，會造成光子晶體的週期性被破壞，進而產生缺陷模態，若為點缺陷，則可形成共振腔，具有侷限能量的能力，若為線缺陷，則可形成光波導，使得原本不能通過結構的頻率得以通過。在選定材料、填充方式與幾何尺寸之後，光子晶體的色散特性即為固定，若欲調整其光學性質，則須重新製作整個結構，在應用上相當不便，因此有學者提出利用具有可調性的材料組成光子晶體，將可以避免掉這個問題，磁光材料即屬於可調性材料的一環，透過外加磁場的方式，可以改變磁光材料的材料參數，進而影響光子晶體的光學性質。本文將磁光材料與阿基米德晶格相結合，分析光子晶體在不同尺寸與填充方式下的色散特性，藉以求得最佳的設計方式，而外加磁場對於色散性質的改變亦屬於我們討論的範疇。我們緊接著利用阿基米德晶格本身的對稱性，設計一環形共振腔，透過平面波展開法與有限元素軟體分析其共振頻率與電磁場分佈，在引入磁場這個變因之後，探討其造成的模態分裂現象，此外，我們改變共振腔內部的結構藉以優化共振腔的效能。文末，我們與一般常見介電材料所組成的光子晶體相互比較，羅列其優缺。

Date of Award	2014 Aug 25
Original language	Chinese
Supervisor	Lien-Wen Chen (Supervisor)