文 献 综 述
- 研究背景及应用
光子晶体的概念是由Yablonovitch 和John 在1987 年各自独立地提出来的[1]。与半导体电子禁带相似，介电常数在空间上的周期性也将会对光子产生类似的作用，因而形成光子带隙结构，即光子禁带。光子禁带是指一定的频率范围，该范围内电磁波不能在结构中任何方向上传播。 光子晶体的出现给了人们可控制光的希望。 基于光子晶体的光电器件件已经得到了广泛的研究，这种器件对比于传统结构的光电器件，具有体积小，易于集成，系统不受外界电磁场干扰等优点，为光电子器件向高集成化的发展带来了崭新的应用前景。
光滤波器是光子技术的基本元件之一，在光通信和光学信息处理方面有着广泛的应用。光滤波器的质量和体积等参数直接影响到它的应用价值。光子晶体具有光子频率禁带体，一块光子晶体就是一个天然的理想带阻滤波器[2]；而通过在光子晶体中制造缺陷的方法，可以实现窄带滤波。光子晶体滤波器的特点是，滤波性能远优于普通的光滤波片，在阻带区对透过光的抑制可以很容易地达到一30dB以上。另外，由于光子晶体都是使用对光波几乎没有损耗的介质材料制成的，所以光子晶体滤波器对通过波段光波的损耗非常小。和传统的滤波器相比，光子晶体滤波器的滤波带宽可以做得比较大，实现大范围的滤波作用。钻石结构光子晶体的滤波带宽可以做到中心工作频率的20%，而由Gupta等人所提出的金属一介质复合型光子晶体可以将从低频率(接近零赫兹)直到红外波段的电磁波完全滤掉，这是传统滤波器难以实现的。
- 光子晶体的分类
按照材料介电参数的周期性变化情况，光子晶体可以划分为以下三类[3]：一维光子晶体、二维光子晶体和三维光子晶体。
1.一维光子晶体
一维光子晶体由两种或两种以上介电常数不同的介质相互交替叠层而成。在垂直于介电层的方向上介电常数是空间的周期性函数；而在平行于介质片平面方向上，介电常数不随空间位置而变化。一维光子晶体的结构已在布拉格反射镜等各种光学系统中得到了广泛应用。
2.二维光子晶体
二维光子晶体由许多介质柱平行均匀地排列而成。在垂直于介质柱的方向上介电常数是空间位置的周期性函数；而在平行于介质柱方向上，介电常数不随空间位置而变化。相较于一维光子晶体，二位光子晶体的横截面存在多种结构，如矩形、三角形、六边形等。该结构的镜面反射对称性令二维光子晶体的研究得到了简化。在二维光子晶体中，电磁波只能在二维平面内传播。在这样的条件下，描述电磁波在光子晶体中传播的本征方程，可以分解为两个独立的方程，一是关于电场矢量平行于电介质柱轴线的TM模方程，二是关于磁场强度矢量平行于电介质柱轴线的TE方程。
3.三维光子晶体
三维光子晶体结构是由两种或两种以上介质在空间的三个维度上交替排列而成的空间周期性结构。在三维空间的各方向上都具有光子禁带，是最具有应用前景的材料之一。美国Bell通讯研究所的Yablonovitch采用精密机械加工技术，制作出世界上第一块
