光子晶体微腔的设计和特性研究仿真(4)
三文光子晶体则是在空间三个方向上周期排列而成的。与前两种情况不同的是，三文光子晶体具有完全带隙，理论上可以在各个方向上对光进行约束，是最为理想的光子晶体。值得注意的是，虽然三文光子晶体可以在各个方向对光进行约束，从而形成完全带隙，但是制作相对来说比较复杂，对材料和设计加工都有很高的要求，而且工艺上不易实现[6，7]。同时研究表明[8]，一文或二文光子晶体，特别是二文光子晶体平板，所谓二文光子晶体平板就是在两个方向上，亦即在一个平面内折射率是周期分布的，但是在第三个方向上是具有一定厚度（不同于三文光子晶体在第三个方向上是无限延伸的）。它们具有大多数只有三文光子晶体才具有的特性，而且具有制作容易、与电路的标准平面工艺的相容性等优势。因此，近年来，厚度很薄（半个光波长）的光子晶体平板引起人们的注意，并且体有取代三文光子晶体的趋势。
2.2 光子晶体的特性
光子晶体最重要的特性是光子带隙和局域特性。
在半导体晶体中，原子排布的晶格结构产生的周期性电势场影响着在其中运动电子的性质，由于原子的布拉格散射，在布里渊区边界上能量变得不连续，出现电子带隙。在光子晶体中，由于介电常数在空间的周期性变化，也存在类似的周期性势场。当介电常数的变化幅度较大且与光的波长相比拟时，介质的布拉格散射也会产生带隙，即光子禁带，相应于此带隙区域的那些频率的光在某些方向上是被严格禁止传播的。在光子带隙内，不存在任何电磁波传播的模式，这将显著地改变光与物质相互作用的方式。其中最引人注目的是抑制原子分子的自发辐射，即如果一种原子的自发辐射频率正好落在光子能隙中，这种原子的自发辐射会被抑制。当原子分子的激发态能量位于光子带隙内时，它们将不能跃迁回基态。
图 2.3 是一个光子晶体平板的能带图，平板是SOI 结构，在硅层上打空气孔，其中阴影部分表示带隙。