کنترل ساختار باند بلورهای فوتونیکی یک‌بعدی با استفاده از ویژگی غیرخطی لایه‌ها

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشگاه ارومیه

چکیده

در این مقاله ساختار باند یک بلور فوتونیکی یک‌بعدی متشکل از دی­الکتریک­های دولایه (لایه اول خلأ و لایه دوم از جنسZnSe  است) با استفاده از روش ماتریس انتقال محاسبه شد. سپس، ساختار باند بلور فوتونیکی با در نظر گرفتن ویژگی غیرخطی لایه­ها و شدت بالای میدان تابشی برای مقادیر مختلف  محاسبه گردید. تغییرات ضرایب شکست  هر یک از لایه­ها در ضرایب گذردهی الکتریکی آن­ها اعمال شد. چون ضرایب عبور و بازتاب بلور به ضرایب گذردهی الکتریکی لایه­ها بستگی دارند، با تغییر ضرایب گذردهی الکتریکی لایه­ها، ساختار با­ند بلور هم تغییر کرد. نتایج نشان دادند که با افزایش شدت نورتابشی، پهنای فرکانسی شاخه­های گاف باند کاهش یافته و در هر دو قطبش TE و TM اندکی به سمت فرکانس­های پایین­تر شیفت یافتند. نتایج همچنین نشان دادند که شاخه­های گاف باند جدید در فرکانس­های بالاتر ظاهر می­شود. این امر نشان می­دهد که ساختار باند بلور به وسیله شدت میدان تابشی قابل‌کنترل است. به‌منظور نشان دادن عملی این توانایی برای اپتیک غیرخطی، ساختار باند بلور اشاره‌شده در دو حالت خطی و غیرخطی به‌صورت تابعی از شدت میدان تابشی محاسبه و مقایسه  شدند. چنین ساختارهایی می­توانند به‌عنوان پوشش­های ضد بازتاب استفاده ­شوند که بازتاب از سطح را کاهش می­دهند. درواقع، با پوششی از بلور فوتونیکی با کاف باند قابل‌کنترل توسط یک لایه غیرخطی اپتیکی بر روی ادوات جنگی، می­توان آن­ها را از دید رادار دشمن پنهان کرد.

کلیدواژه‌ها


[1]     Kim, J. E.; Park, H. Y.; Kim, K.; Choi,Y. K.; Ha, Y. K. “Antireflection Film in One-Dimensional Metallo-Dielectric Photonic Crystals”; Opt. Commun. 2004, 230, 239-243               
[2]     Nielsen, K. H.; Orzol, D. K.; Koynov, S.; Carney, S.; Hultstein, E.; Wondraczek, L. “Large Area, Low Cost Anti-Reflective Coating for Solar Glasses”;  Sol. Energ. Mat. & Sol. C. 2014, 128, 283-288.
[3]     Knight, J. C.; Birks, T. A.; Russell, P. S. J.; Atkin, D. M. “All-Silica Single-Mode Fiber with Photonic Crystal Cladding”; Opt. Lett. 1996, 21, 1547-1549.
[4]     Blanco, A.; Chomski, E.; Grabtchak, S.; Ibisate, M.; John, S.; Leonard, S. W.; Lopez, C.; Meseguer, F.; Iguez, H.; Mondla, J. P.; Ozin, G. A.; Toader, O.; Driel, H. M. “Large-Scale Synthesis of a Silicon Photonic Crystal with a Complete Three-Dimensional Bandgap Near 1.5 Micrometres”; Nature 2000, 405, 437-440.
[5]     Russell, P. “Photonic Crystal Fibers”; Science 2003, 299, 358-362.
[6]     Guida, G.; De Lustrac, A.; Priou, A. “An Introduction to Photonic Band Gap (PBG) Materials”; Progress in Electromagnetics Research 2003, 41, 1-20.
[7]     Lin, S. Y.; Chow, E.; Hietala, V.; Villeneuve, P.; Joannopoulos, J. “Experimental Demonstration of Guiding and Bending of Electromagnetic Waves in a Photonic Crystal”; Science 1998, 282, 274-276.
[8]     Qifeng, Q.; Ji, X.; Chengkuo L.; Guangya, Z.  “Applications of Photonic Crystal Nanobeam Cavities for Sensing”; Micromachines 2018, 9, 541.
[9]     Sadegh Amiri, I.; Razalli Bin Azzuhri, S.; Arif Jalil, M.; Mohd Hairi, H.; Ali, J.; Bunruangses, J.; Yupapin, P. “Introduction to Photonics: Principles and the Most Recent Applications of Microstructures”; Micromachines 2018, 9, 452.
[10]  Yablonovitch, E. “Inhibited Spontaneous Emission in Solid-State Physics and Electronics”; Phys. Rev. Lett. 1987, 58, 2059-2062.
[11]  John, S. “Strong Localization of Photons in Certain Disordered Dielectric Superlattices”; Phys. Rev. Lett. 1987, 58, 2486-2489.
[12]  Fink,Y.; Winn, J. N.; Fan, S.; Chen, C.; Michel, J.; Joannopoulos, J. D.; Thomas, E. L. “A Dielectric Omnidirectional Reflector”; Science 1998, 282, 1679-1682.
[13]  Winn, J. N.; Fink, Y.; Fan, S.; Joannopoulos, J. D. “Omnidirectional Reflection from a One-Dimensional Photonic Crystal”; Opt. Lett. 1998, 23, 1573-1575.
[14]  Nemec, H.; Duvillaret, L.; Garet, F.; Kuzel, P.; Xavier, P.; Richard, J.; Rauly, D. “Thermally Tunable Filter for Terahertz Range Based on a One-Dimensional Photonic Crystal With A Defect”; J. Appl. Phys. 2004, 96, 4072-4075.
[15]  Lee, H. Y.; Cho, S. J.; Nam, G. Y.; Lee, W. H.; Baba, T.; Makino, H.; Cho, M. W.; Yao, T. “Multiple-Wavelength-Transmission Filters Based on Si-SiO2 One-Dimensional Photonic Crystals”; J. Appl. Phys. 2005, 97, 103111.
[16]  Zamani , M.; Khazaei, S. “Design of Multi-Layere Pigment Structures for Optical Camouflage Coating”; Adv. Defence Sci.& Technol. 2018, 02, 87-96.
[17]  Taniyama, H. “Waveguide Structures Using One-Dimensional Photonic Crystal”; J. Appl. Phys. 2002, 91, 3511-3515.
[18]  Lu, T. W.; Chiu, L. H.; Lin, P. T.; Lee, P. T. “One-Dimensional Photonic Crystal Nanobeam Lasers on a Flexible Substrate”; Appl. Phys. Lett. 2011, 99, 071101-1-071101-3.
[19]  Yang, Y. L.; Hou, F. J.; Wu, S. C.; Huang, W. H.; Lai, M. C.; Huang, Y. T. “Channel Drop Filters in Three Dimensional Woodpile Photonic Crystals”;  Appl. Phys. Lett. 2009, 94, 041122.
[20]  Lin, S.Y.; Hietala, V. M.; Wang, L.; Jones, E. D. “Highly Dispersive Photonic Band-Gap Prism”; Opt.  Lett. 1996, 21, 1771-1773.
[21]  Lin, S.Y.; Fleming, J. G.; Hetherington, D. L.; Smith, B. K.; Biswas, R.; Ho, K. M. “A Three-Dimensional Photonic Crystal Operating at Infrared Wavelengths”; Nature 1998, 394, 251-253.
[22]  Lin, S. Y.; Chow, E.; Hietala, V.; Villeneuve, P. R.; Joannopoulos, J. D. “Experimental Demonstration of Guiding and Bending of Electromagnetic Waves in a Photonic Crystal”; Science 1998, 282, 274-276.
[23]  Coulombe, F. R. “Fiber Optic Sensors-Catching Up with the 1980's”; Sensors 1984, 1, 5-11.
[24]  Giallorenzi, T. G.; Bucaro, J. A.; Dandridge, A.; Siegel Jr., G. H.; Cole, J. H.; Rashleigh, S. C.; Priest, R. G.  “Optical Fiber Sensor Technology”; IEEE J. Quant. Elect. 1982, 18, 626-665.
[25]  Sukhoivanov, I. A.; Guryev, I. V. “Photonic Crystals: Physics and Practical Modeling”; Springer: Heidelberg, 2009.
[26]  Yariv, A.; Yeh, P. “Optical Waves in Crystals”; John Wiley & Sons: New York, 1984.
[27]  Li, Z. Y.; Lin, L. L. “Photonic Band Structures Solved by a Plane-Wave-Based Transfer-Matrix Method”; Phys. Rev. E. 2003, 67, 046607.
[28]  Depine, R. A.; Ricci, M. L. M.; Monsoriu, J. A.; Silvestre, E.; Andres, P. “Zero Permeability and Zero Permittivity Band Gaps in 1D Metamaterial Photonic Crystals”; Phys. Lett. A. 2007, 364, 352-355.
[29]  Wang, L. G.; Chen, H.; Zhu, S. Y. “Omnidirectional Gap and Defect Mode of One-Dimensional Photonic Crystals with Single-Negative Materials”; Phys. Rev. B. 2004, 70, 245102-245106.
[30]  Boyd, R. W. “Nonlinear Optics”; Academic Press: San Diego, 2003.
[31]  Wang , Z.; Liu, D. “A Few Points on Omnidirectional Band Gaps in One- Dimensional Photonic Crystals”; Appl. Phys. B. 2007, 86, 473 -476.
[32]  Yeh, P.; Yariv, A.; Hong, C. S. “Electromagnetic Propagation in Periodic Stratified Media. I. General Theory”; J. Am. Opt. Soc. 1977, 67, 423-436.
[33]  Yeh, P. “Optical Waves in Layered Media”; John Wiley & Sons: New York, 1998.
 [34]  Pendry, J. B.; Mackinnon, A. “Calculation of Photon Dispersion Relations”; Phys. Rev. Lett. 1992, 69, 2772-2775.
[35]  Liu, N. H.; Zhu, S. Y.; Chen, H.; Wu, X. “Superluminal Pulse Propagation Through One-Dimensional Photonic Crystals with a Dispersive Defect”; Phys. Rev. E. 2002, 65, 046607 -046617.
[36]  Gang, W. L.; Hua, L. N.; Qiang, L.; Yao, Z. S. “Negative Hartman Effect in One-Dimensional Photonic Crystals with Negative Refractive Materials”; Phys. Rev. E. 2004, 70, 016601.
[37]  Veselago, V. G. “Someremarks Regarding Electrodynamics of Materials with Negative Refraction”;  Appl. Phys. B. 2005, 81, 403-407.
[38]  Qi, L.; Yang, Z.; Lan, F.; Gao, X.; Shi, Z. “Properties of Obliquely Incident Electromagnetic Wave in One-Dimensional Plasma Photonic Crystal”; Phys. Plasmas. 2010, 17, 042501-1-8.
[39]  Born, M.; Wolf, E. “Principles of Optics”; Cambridge University Press: Cambridge, 1999.