反铁磁光子晶体的磁/声极化子及光学性质研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:naonao19890925
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磁光子晶体指的是组分中至少有一种是磁有序介质的光子晶体,它已经成为当前研究中的一个热点。主要原因有以下几点:1.它在结构上的可控性很容易实现,通过选择组分、组分形态、组分比等方面可实现对光学性质的设计和调控;2.可以产生单一组分介质不具备的奇异性质,如帯隙的出现和左手性;3.通过外加磁场可直接调制光学性质。这些特点可以为新型光子器件的开发提供多种可能选择。反铁磁介质的响应频率大都在毫米到远红外区间,这正是THz技术要发展的区间。我们找到了响应频率和反铁磁体很匹配的一类离子晶体,希望由它们构成光子晶体可以获得新的性质。本论文通过传递矩阵法和等效介质法研究了一维离子晶体/反铁磁体光子晶体的磁/声极化子谱和光学性质以及二维体系光子晶体的磁/声极化子谱。应用等效介质理论和传递矩阵法研究了一维反铁磁光子晶体(反铁磁超晶格)的磁/声极化子谱。提出了磁/声极化子这个概念。这是因为体系中的反铁磁性物质的磁矩能够和电磁波的磁场耦合,产生磁极化子;使用的离子晶体的声子横向光学模式可以和电磁波中电场耦合产生声极化子。因此,当两种介质构成光子晶体时,体系具有的集体激发应称之为磁/声极化子。通过对共振区间及近域的磁/声极化子谱的分析发现:在共振频率附近的某些位置上,带结构中出现了额外两个小体模带,它们的群速度为负值。在小体模带周围分布许多不同特点的表面模式。这和单一组分的性质完全不同。使用传递矩阵方法讨论了一维反铁磁晶体光子晶体的光学性质,包括透射、折射以及吸收性质。仔细分析透射谱后发现,与磁/声极化子谱中两个小体模带对应的是两个小的透射带。使用两个小带内的频率计算折射角,发现某些频段的能流与波矢夹角大于90o,小于180o,这说明体系具有准左手性。更有趣的是在左手性的频区内,部分频率区域上折射角为负值,表明体系可以具有负折射性质。当偏振和入射方向适宜并且体系的介电系数和磁导率同时为负值时在这样的结构中可以获得负折射或准左手性,甚至同时具有两种性质。因而在相应的频区上反铁磁光子晶体的折射率是负的。从吸收谱很容易看出,对应小透射带的吸收非常显著,这是因为该频段位于反铁磁共振频率附近。此外,在文中还比较了等效介质方法和传递矩阵方法对计算结果的异同:发现定量上差异明显;但是定性上基本一致;在小周期极限下是相同的。还将研究扩展到二维反铁磁光子晶体,同时建立了磁性复合体系的二维等效介质方法。
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