Физика/7.Оптика

Герцог А.Н.

Харьковский национальный университет радиоэлектроники, Украина

Исследование одномерного фотонного кристалла с локальным «дефектом»

Огромный интерес к уникальным свойствам многослойных периодических структур, которые они демонстрируют в широком диапазоне частот, обусловлен возможностью их применения в различных приборах для решения обширного круга задач. На данный момент основным инструментом изучения многослойных периодических структур является компьютерное моделирование физических процессов протекающих в них. Подобие амплитудно-частотных характеристик одномерной периодической структуры и полосно-пропускающего фильтра СВЧ-дипазона в микрополосковом исполнение позволяет утверждать о соответствии основных закономерностей прохождения электромагнитных волн в данных структурах. Построение микрополосковой модели одномерной многослойной периодической структуры оптического диапазона, так называемого фотонного кристалла, основывается на зависимости эффективной диэлектрической проницаемости микрополосковой линии передачи от ширины полоскового проводника и толщины подложки [1].

Для анализа микрополосковой модели одномерного фотонного кристалла используется хорошо апробированный пакет электромагнитного моделирования СВЧ-устройств Microwave Office. Исследуемая модель представляет собой диэлектрическую периодическую структуру с локальным «дефектом», слоем с материальными параметрами, отличными от параметров периодической структуры [2]. Полученные экспериментальные данные для такой структуры в КВЧ-диапазоне указывают, что с нарушением периодичности структуры имеет место появление резонанса в полосе запирания периодической структуры. Это явление обусловлено тем, что «дефект» в периодической структуре представляет собой эквивалентный резонатор с «брэгговскими» зеркалами.

В работе исследовалась зависимость амплитуды резонанса от координаты «дефектного» слоя. На рис. 1 представлена зависимость коэффициента прохождения от координаты «дефектного» слоя.

Рисунок 1. Зависимость коэффициента отражения от координаты «дефектного» слоя

В результате смещения «дефектного» слоя относительно центра структуры наблюдается уменьшение амплитуды резонанса. Это обусловлено тем, что при смещении дефекта изменяется количество слоев многослойного зеркала. Отражательная способность структуры снижается и, соответственно, добротность резонатора падает, что приводит к уменьшению амплитуды резонанса. На рис.2 представлена зависимость этой амплитуды (A) от безразмерной координаты (z) «дефектного» слоя.

Полученные в результате моделирования данные хорошо согласуются с результатами эксперимента [2], что позволяет утверждать об адекватности исследуемой модели.

Рисунок 2. Зависимость амплитуды коэффициента (A) отражения от геометрического положения (z) «дефектного» слоя

Предложенная методика может быть применена для анализа многослойных периодических структур с целью определения их параметров и диагностики возможных дефектов при изготовлении.

Список использованной литературы:

1. Б.А. Беляев, А.С. Волошин В.Ф. Шабанов. Исследование микрополосковых аналогов полосно-пропускающих фильтров на одномерных фотонных кристаллах // Радиотехника и электроника 2006. –т.51. – №6. – С. 694-701.

2. Черновцев С.В. Управление спектральными свойствами одномерного магнитофотонного кристалла с «дефектным» слоем // Радиотехника: Всеукр. межвед. науч.-техн. сб. – 2007. – Вып. 150. – С. 137-143.