铜币形散射元复式晶胞二维光子晶体禁带特性探索

"基于铜币形散射元的复式晶胞二维光子晶体的禁带特性研究" 这篇论文深入探讨了二维光子晶体的禁带特性，特别关注了以铜币形散射元构建的复式晶胞结构。光子晶体是一种具有周期性结构的材料，这种结构可以阻止特定频率范围内的光传播，形成所谓的光子禁带。禁带的存在对于光子学和光电子学领域至关重要，因为它们可以被用于设计和制造新型的光子器件，如滤波器、激光器和传感器。 文章中，作者费红阳和徐亚萌以铜币形散射元为基础构建了一个复式晶胞的正方晶格结构。这种结构由铜币形介质柱和介质网格组成，其复杂性增加了对光的散射和干涉效应，从而影响光子禁带的形成和宽度。他们详细研究了结构参数对禁带特性的影响，这些参数包括外圆半径r、方孔边长w以及方孔旋转角度θ。 首先，他们分析了外圆半径r和方孔边长w的变化如何改变归一化完全禁带宽度。禁带宽度的改变直接影响了光子晶体阻止光的能力。此外，方孔旋转角度θ也被发现对禁带特性有显著影响，旋转角度的不同可能导致光在晶体中的传播特性发生显著变化。 接着，通过引入复式晶胞结构，即铜币形介质柱与介质网格的组合，研究人员调整了新的结构参数，包括外圆半径R、方孔边长W、介质杆宽度D和方孔旋转角度θ'，以进一步优化禁带特性。他们发现，通过这样的优化，可以将归一化完全禁带宽度提高到19.822%，相比仅由铜币形正方晶格构成的二维光子晶体（其归一化完全禁带宽度为2.987%）提升了5.6倍。值得注意的是，旋转角度θ'的影响在这个优化过程中几乎可以忽略，这表明在设计过程中，其他参数可能比θ'更为关键。 这项研究不仅揭示了铜币形散射元在构建二维光子晶体时的潜力，还为理解和控制光子晶体的禁带特性提供了新的见解。这些发现对于优化光子设备性能和开发新的光学应用具有重要意义，特别是在微纳光学和集成光学领域。关键词包括光子晶体、复式晶胞和归一化完全禁带宽度，表明该研究涉及的核心概念和技术。