Физика/7.Оптика

Герцог А.Н., Кожара Л.И, Одаренко Е.Н.

Харьковский национальный университет радиоэлектроники, Украина

Моделирование одномерного фотонного кристалла с нарушением периодичности

Многослойные периодические структуры оптического диапазона (фотонные кристаллы) благодаря своим уникальным свойствам находят широкое применение в оптоэлектронной технике. Подобие амплитудно-частотных характеристик одномерного фотонного кристалла и полосно-пропускающего фильтра СВЧ-диапазона обусловливает соответствие основных закономерностей прохождения электромагнитных волн в таких структурах. Принцип построения микрополосковой модели одномерного фотонного кристалла, состоящего из системы диэлектрических слоев с чередующимся показателем преломления, основан на зависимости эффективной диэлектрической проницаемости микрополосковой линии передачи от ширины полоскового проводника и толщины подложки [1].

Для исследования микрополоскового аналога фотонного кристалла в работе использовался хорошо апробированный пакет электромагнитного моделирования СВЧ-устройств Microwave Office. Проведено сравнение результатов моделирования с известными экспериментальными данными, полученными для многослойной структуры в КВЧ-диапазоне. В качестве объекта исследования использовалась диэлектрическая периодическая структура с локальным «дефектом», который представляет собой слой с материальными параметрами, отличными от параметров периодической структуры. В эксперименте нарушение периодичности сопровождается появлением резонанса в пределах зоны запирания, причем изменение материальных параметров «дефектного» слоя приводит к смещению этого резонанса вдоль частотной оси [2].

На рис. 1 и 2 представлены результаты расчета частотных зависимостей коэффициента пропускания микрополоскового СВЧ-фильтра для различных значений параметров используемой модели – геометрических размеров полоскового проводника в области нарушения периодичности.

Рисунок 1. Результаты расчета коэффициента пропускания микрополоскового фильтра для различных значений ширины полоска в области «дефекта».

Очевидно, что в процессе моделирования также реализуется эффект смещения резонанса коэффициента пропускания в пределах зоны запирания за счет варьирования ширины отрезка микрополосковой структуры (рис. 1), что соответствует изменению эффективной диэлектрической проницаемости слоя одномерного фотонного кристалла. На рис. 2 представлены результаты расчета частотных зависимостей коэффициента пропускания для различных значений длины токонесущего полоска, соответствующей толщине «дефектного» слоя одномерного фотонного кристалла.

Полученные в результате моделирования результаты качественно согласуются с экспериментальными данными, полученными для диэлектрической многослойной структуры с ферритовым «дефектным» слоем в диапазоне миллиметровых волн [2].

Рисунок 2. Частотные зависимости коэффициента пропускания для различных значений длины отрезка токонесущего полоска в области «дефекта».

Таким образом, используемая методика позволяет исследовать спектральные свойства управляемых одномерных фотонных кристаллов на основе моделирования полосового фильтра СВЧ-диапазона, а также проводить диагностику периодических структур различных частотных диапазонов.

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..