一维光子晶体滤波性能的仿真研究
一维光子晶体带隙结构研究_张玲
第37卷第9期2008年9月 光 子 学 报 ACTA P HO TON ICA SIN ICA Vol.37No.9 September 2008 Tel :02928220149828313 Email :warltszhang @https://www.360docs.net/doc/bb18812228.html, 收稿日期:2007204228 一维光子晶体带隙结构研究 张玲,梁良,张琳丽,周超 (西安建筑科技大学物理系,西安710055) 摘 要:在考虑介质色散的基础上,研究了介质层厚度对光子晶体带隙结构的影响.利用传输矩阵法,计算了以Li F 和Si 两种材料组成的一维光子晶体带隙结构.结果表明,介质层厚度的增加会引起禁带的红移,厚度减小会引起蓝移.分析了含空气缺陷层、金属缺陷层的光子晶体结构,发现空气缺陷层对带隙结构的高反射区域变化不大,而在低反射区域,反射系数为零的波带之间出现了两边反射系数增加,中间反射系数减小的情况.在金属缺陷层的带隙结构中,金属对整个波长范围光的吸收作用不同,金属对低反射区1.6μm 、1.85μm 处透射率较大的透射光吸收作用明显,而在1.28～1.38μm 处透射率波长区间,几乎无吸收. 关键词:光子晶体;色散;带隙结构;空气缺陷层;金属缺陷层中图分类号:O734 文献标识码:A 文章编号:100424213(2008)092181524 0 引言 微加工技术的进步,使得光子晶体[1]在理论和实验研究上取得了重大进展,利用光子晶体可以制造出光通信中的许多器件,如光纤、微谐振腔,品质优良的光子晶体滤波器、集成光路等等[223].实验室一般采用不同折射率介质在空间的周期性排列形成光子晶体,Ward 等人提出一种增强块状金属反射能力的方法,他们预测含有Al/玻璃层的一维金属/电介质光子晶体比块状Al 的反射能力更强[4].对Au/MgF 2光子晶体透射性质的研究发现,周期性结构产生的透射共振使得光通过金属层的透射率大大增强,并有效抑制了吸收.通过控制金属层和电介质的厚度以及周期数,可以调节透射区域的波长范围、宽度和陡度[5].如果在光子晶体中引入缺陷,可使光子局域化[6],在有缺陷层的一维光子晶体(AB )n D m (BA )n 的带隙结构发现随着缺陷层厚度的增加,在禁带中出现的缺陷模向低频方向移动[7].还有一些金属/电介质光子晶体可以对某些晶体的闪烁光谱进行修饰,使得其对慢衰减成分的相对抑制比大大提升等等[8].本文在考虑色散关系的基础上对于LiF 与Si 构成的2元一维光子晶体的带隙结构进行了研究,通过改变介质层的厚度,分析了其带隙结构的变化,另外当该结构的光子晶体中有空气缺陷层、金属缺陷层时,其带隙结构的变化[2],并对计算结果做了分析. 1 理论模型 典型的光子晶体是由两种不同介电常量(εa ,εb ),厚度为(d a ,d b )的材料交替排列的其结构如图1,根据光在介质薄膜传播的传输矩阵方法,在第一 介质中的传输矩阵为 M a = cos δa isin δa /ηa i ηa sin δa cos δa (1) 图1 一维光子晶体模型 Fig.1 The structure of 12D photonic crystal 在第二介质中的传输矩阵为 M b = cos δb isin δb /ηb i ηb sin δb co s δb (2) 式(1)、(2)中δj =2πn j d j cos θ/λ,n j 、d j 、θj ,分别为第 j 层(j =(a ,b ))的折射率,介质层厚度,入射角, λ为真空中的波长,对于TE 波:ηj =n j cos θj ,对于TM 波ηj =n j /co s θj , 对于整个光子晶体的传输矩阵,若取层的对数为n ,则 M =(M a ,M b )n = M 11M 12M 21 M 22 (3) 设光子晶体周围材料的折射率为n 0,对于TE 波η0=n 0co s θ0,光在光子晶体传播时的反射系数和透射系数分别为 r = (M 11+M 12η0)η0-(M 21+M 22η0)(M 11+M 12η0)η0+(M 21+M 22η0) (4)
THz波段的F_P光子晶体滤波器
THz 波段的F -P 光子晶体滤波器 * 周 梅 1) 陈效双 2)- 王少伟 2) 张建标 2) 陆 卫 2) 1)(中国农业大学理学院应用物理系,北京 100083) 2)(中国科学院上海技术物理研究所红外物理国家重点实验室,上海 200083) (2005年11月23日收到;2005年12月11日收到修改稿) 理论上设计了一系列一维非周期光子晶体,这些光子晶体具有超窄带滤波的特性.并利用成熟的半导体工艺制备出了具有此性能的滤波器.通过比对理论和实验上的透射光谱,得到了两者符合较好的结果. 关键词:THz 波段,F -P 滤波器,非周期,光子带隙 PACC :7820P,4270Q *国家重点基础研究发展规划(973)(批准号:2001CB61040),中国科学院/百人计划0基金(批准号:200012),国家自然科学基金重点项目(批准号:10234040),上海科学技术委员会重点基金项目(批准号:02DJ14066)和上海市自然科学基金(批准号:03ZR14023)资助的课题.-E -mail:xschen@mail.si https://www.360docs.net/doc/bb18812228.html, 11引言 THz(Terahertz)波段是介于红外与微波之间的一个波段,其频率范围一般在011)10THz(1THz=1012 Hz),具有广泛的应用前景,而以往却是研究得最少.由于最近发现THz 波段在医学影像、化学检测与分析、天文学甚至无线通讯等领域有着巨大的应用潜力 [1)3] ,使得人们对该领域产生了很大的兴趣. 最近THz 波段激光器(414THz)的研制成功[1] ,无疑 将对该领域起到极大的促进作用.众所周知,对于任何波段电磁波的应用都有三个重要环节:光源、传输和探测,只有对这三个重要环节的研究都有所突破,才能真正实现THz 波段的应用.目前对THz 波段的研究主要集中在THz 光源和探测上,控制其传输方面的研究相对较少. 光子带隙作为光子晶体的一个基本特性,具有控制电磁波传输的能力 [4)6] ,可应用于如滤波器、偏 振器及反射器等许多光学元件[7)10] ,因此对THz 波 段光子晶体的研究有利于人们对THz 波段电磁波传输的调控.尽管大部分光子晶体材料的实验研究都集中在微波 [9,11,12] 、红外 [13,14] 及可见 [15,16] 波段,但 是最近,人们也通过微机械加工[17] 、激光快速原位 成形(laser rapid prototyping )等方法[8,18,19] 制备出了 THz 波段的光子晶体,这些对THz 波段光子晶体的 研究和应用都具有相当重要的意义. 作为最简单的一维光子晶体,其理论研究和实验研究都已经比较成熟 [20] ,而且早在光子晶体的概 念提出之前就已经得到广泛应用.比如光学薄膜中的K P 4高反膜就属于一种特殊结构的一维光子晶体,在激光和光学设备中应用广泛.然而,这种多层膜的高反区(反射率高于95%的区域,high refractive region,HRR)较窄,除了增大高、低折射率层的折射率反差外[21] ,如果适当地引入无序,也可以使HRR 变宽[6,22] .当前对一维系统光局域的理论[23)30] 和实 验 [31] 研究表明,如果在一维多层周期膜系(一维光 子晶体)中引入无序,光就会被局域起来.因此,可以利用这种特性,来实现光子晶体的一些特殊用途.本文就是利用这样的特性,在理论上设计了THz 波段的F -P 光子晶体滤波器,并借助于成熟的半导体工艺制备出具备此性质的样品. 21THz 波段F -P 滤波器的设计 常规的超窄带通滤光片多采用类似于F -P 干涉仪的结构,即在两个K P 4膜系构造的高反射层间夹共振腔的设计.这种设计可以给出带宽非常窄的滤光片,但它对膜系中厚度的涨落非常敏感.只要膜层厚度出现微小的涨落,就会使滤光片的性能明显退化.为此,我们提出用非周期型的膜系替代常规的两 第55卷第7期2006年7月1000-3290P 2006P 55(07)P 3725-05 物 理 学 报 AC TA PHYSIC A SINICA Vol.55,No.7,July,2006 n 2006Chin.Phys.Soc.
晶体管的特性曲线
晶体管的特性曲线 晶体管特性曲线即管子各电极电压与电流的关系曲线，是管子内部载流子运动的外部表现，反映了晶体管的性能，是分析放大电路的依据。为什么要研究特性曲线： (1) 直观地分析管子的工作状态 (2) 合理地选择偏置电路的参数,设计性能良好的电路重点讨论应用最广泛的共发射极接法的特性曲线 1.测量晶体管特性的实验线路 图1 共发射极电路 共发射极电路：发射极是输入回路、输出回路的公共端。如图1所示。 2．输入特性曲线 输入特性曲线是指当集-射极电压U CE为常数时，输入电路( 基极电路)中基极电流I B与基-射极电压U BE之间的关系曲线I B = f (U BE)，如图2所示。 图2 3DG100晶体管的输入特性曲线 U CE=0V时，B、E间加正向电压，这时发射结和集电结均为正偏，相当于两个二极管正向并联的特性。 U CE≥1V时，这时集电结反偏，从发射区注入基区的电子绝大部分都漂移到
集电极，只有小部分与空穴复合形成I B。U CE>1V以后，I C增加很少，因此I B 的变化量也很少，可以忽略U CE对I B的影响，即输入特性曲线都重合。 由输入特性曲线可知，和二极管的伏安特性一样，晶体管的输入特性也有一段死区。只有在发射结外接电压大于死区电压时，晶体管才会导通，有电流I B。 晶体管死区电压：硅管0.5V，锗管0.1V。晶体管正常工作时发射结电压：NPN型硅管U BE0.6 ~ 0.7) V PNP型锗管U BE0.2 ~ 0.3) V 3．输出特性曲线 输出特性曲线是指当基极电流I B为常数时，输出电路(集电极电路)中集电极电流I C与集-射极电压U CE之间的关系曲线I C = f (U CE)，如图3所示。 变化曲线，所以晶体管的输出特性曲在不同的I B下，可得出不同的I C随U CE 线是一族曲线。下面结合图4共发射极电路来进行分析。 图3 3DG100晶体管的输出特性曲线图4 共发射极电路 晶体管有三种工作状态，因而输出特性曲线分为三个工作区 (1) 放大区 在放大区I C=βI B，也称为线性区，具有恒流特性。在放大区，发射结处于正向偏置、集电结处于反向偏置，晶体管工作于放大状态。 对NPN 型管而言, 应使U BE> 0, U BC< 0，此时，U CE> U BE。 (2) 截止区I B = 0 的曲线以下的区域称为截止区。 I B = 0 时, I C = I CEO(很小)。(I CEO<0.001mA)。对NPN型硅管，当U BE<0.5V 时, 即已开始截止, 为使晶体管可靠截止, 常使U BE≤0。截止时, 集电结也处于反向偏置(U BC≤ 0),此时, I C≈0, U CE≈U CC。 (3) 饱和区当U CE< U BE时，集电结处于正向偏置(U BC> 0)，晶体管工作于饱和状态。
光子晶体的应用及其发展前景
光子晶体的应用及其发展前景 摘要：光子晶体是一种介电常数不同的，是人工设计的由两种或两种以上介质材料排列的一维·二维或三维周期结构的晶体。一维光子晶体已得到实际应用，三维光子晶体仍处于实验室实验阶段。由于光子晶体有带隙和慢光等优良特性，所以具有广泛的应用前景。 关键字：光子晶体物理基础材料制备应用 1、物理基础 （1）1987年，E.Y allonovitch 和S.John在研究抑制自发辐射和光子局域时提出光子这概念。概念提出后，其研究经历了一个从一维、二维到三维的过程，并将带隙不断向短波方向推进。微波波段的逞隙常称为电磁带隙（ElectromagneticBand-Gap,简称为EBG），光子晶体的引入为微波领域提供了新的研究方向。光子晶体完全依靠自身结构就可实现带阻滤波，且结构比较简单，在微波电路、微波天线等方面均具有广阔的应用前景。国外在这一方面的研究已经取得了很多成果，而国内的研究才刚刚起步，所以从事光子晶体的研究具有重要的意义。光子晶体是指具有光子带隙（Photonic Band-Gap,简称为PBG）特性的人造周期性电介质结构，有时也称为PBG结构。所谓的光子带隙是指某一频率范围的波不能在此周期性结构中传播，即这种结构本身存在“禁带”。这一概念最初是在光学领域提出的，现在它的研究范围已扩展到微波与声波波段。由于这种结构的周期尺寸与“禁带”的中心频率对应的波长可比拟，所以这种结构在微波波段比在光波波段更容易实现。相比一维二维光子晶体只能产生方向禁带，三维光子晶体能产生全方向的禁带，具有更普遍的实用性。 2、光子晶体的原理 （1）什么是光子晶体 光子晶体是指具有光子带隙的周期性介电结构材料，所谓光子带隙是由于介电常数不同的材料在空间周期性排列导致介电常数的空间周期性，使得光折射率产生周期性分布，光在其中传播时产生能带结构，在带隙中的光子频率被禁止传播，因此称光子禁带，具有光子禁带特征的材料称光子晶体。 （2）光子晶体的特性 根据固体物理的理论知识，在电子晶体中，由原子排布的晶格结构产生的周期性势场会对其中的运动电子形成调制。类似于电子晶体的一些特性，光子晶体中由于介电常数的空间周期分布带来的调制作用，所以也会形成光波的的带状分布，出现不连续的光子能带，能带的间隙称为光子禁带。禁带中对应频率的光波不能被传播。 光子禁带是光子晶体的两个重要特征之一，它的另一重要特征是光子局域。按照形成光子晶体结构的介电材料的空间周期性，可将其分为一维、二维和三维光子晶体。对于一维的光子晶体来说，由于介电材料只在一个空间方向上周期排列，所以只能在这一方向上产生光子禁带。对于二维光子晶体来说，由于介电常数在两个空间方向上均具有周期分布，所以产生的光子禁带位于这两个方向或这两个波矢交面上。三维光子晶体具有全方位的周期结构，可在所有方向上产生光子禁带。产生的光子禁带又分完全带隙和不完全带隙。在具有完全带隙的光子晶体中，落在光子禁带中的光在任何方向都不能传播，而在具有不完全带隙的光子晶体中，光波只是在某些方向上被禁止。
一维光子晶体的能带结构研究开题报告
科研文献调研报告 题目：一维光子晶体的能带结构研究 学院：＿＿理学院＿ 专业：＿＿光信息科学与技术＿＿ 班级：＿2008级 学号：＿ 080701110083 学生姓名：＿＿李辉＿＿＿＿＿指导教师：＿＿徐渟＿＿＿＿＿ 2012年3月14日
一维光子晶体的能带结构研究 摘要： “光子晶体"的概念是1987年S．John和E．Yabloncvitch分别提出来的。而在当今世界，科学家们在不断研究电子控制的同时发现由于电子的特性，半导体器件的集成快到了极限，而光子有着电子所没有的优越特性：传输速度快，没有相互作用。所以科学家们希望能得到新的材料，可以像控制半导体中的电子一样，自由地控制光子。与此同时随着科学技术的发展特别是制造工艺技术的发展，使得光子晶体的制造不仅变得可能，还得到了长足的进步，在可见光及红外波段可以制成具有所需能带结构的光子晶体，实现对光的控制。因此近年来光子晶体得到深入广泛的研究与应用。 关键字：光子晶体能带结构半导体器件 The Investigation on the Band Structures of one-dimensional photonic crystal Abstract： The concept of"Photonic crystals" was put forward byS.John and E.Yabloncvitch in 1987.But nowScientists constantly study electronic control and find that the integration of semiconductor devices has been the limit because of the characteristics of the electronic.And the photon has the advantage of high speed,no interaction, which electron does not have.So scientists want to get
一维Si-SiO2光子晶体滤波特性的研究
太原理工大学硕士研究生学位论文 一维Si/SiO2光子晶体滤波特性的研究 摘要 光子晶体作为一种新型的人工光学复合材料，介电常数呈周期性变化。由于它的光子带隙和光子局域特性，可以用来操纵电磁波的传播。一维光子晶体可以用作光开关、光波导耦合器、带阻滤波器、全角度反射器等。本文采用Si和SiO2两种介质材料堆叠的方式，设计了一种具有滤波特性的(Si/SiO2)N D(Si/SiO2)N结构，在可见光波段和近红外波段通过传输矩阵法对一维光子晶体的滤波特性进行了理论研究，并通过射频磁控溅射沉积的方法制备出一维光子晶体薄膜。主要研究内容总结如下： (1)基于传输矩阵法研究了一维周期和含缺陷光子晶体的传输特性、能带特性以及其在TE和TM模式下透射、反射特性。对磁控溅射仪中膜厚监测仪的误差进行校正，研究了实验中溅射功率对薄膜表面形貌的影响和氩气压强对薄膜厚度的影响，然后得到了优化后的工艺参数。 (2)对可见光波段和近红外波段一维(Si/SiO2)N D(Si/SiO2)N结构光子晶体滤波特性进行理论研究。研究表明：随着周期数增加，光子晶体禁带边缘的截止度越来越完整，能带更加分明；随着入射角的增加，在TE模式下，短波长处禁带的蓝移量比长波处更大，而在TM模式下则相反；对于掺入低折射率SiO2缺陷的光子晶体，缺陷模的峰值更高；当缺陷材料的厚度增 I
太原理工大学硕士研究生学位论文 加时，缺陷模发生红移。在缺陷介质的厚度不变时，随着入射光角度的增加，透射谱中的缺陷模发生蓝移，且在TE模式下禁带中透射峰的峰值降低，半高宽减小。在TM模式下禁带中透射峰的峰值在0-60°增加，最高可达99%，半高宽增大。 (3)通过磁控溅射实验制备了三种周期N分别为5，7，9的(Si/SiO2)N 结构和三种周期N为3，缺陷介质D分别为SiO2、MoO3和TiO2的(Si/SiO2)N D(Si/SiO2)N结构的光子晶体薄膜，测试结果表明：随着周期数N 由5增加到9，禁带范围内的反射率逐渐增大，在N=9时最高，达到95%；由于TM模下光子晶体对入射角度更敏感，所以随着入射角的增加，禁带宽度变化量大于TE模；当周期数增加时，对于TE模和TM模,禁带宽度随角度的变化都越来越小，说明增加周期可减弱光子晶体禁带宽度对角度变化的敏感性。当缺陷介质D分别取为不同厚度的SiO2、MoO3和TiO2时，禁带中透射峰的峰值减小，表明缺陷介质折射率的增加，会导致透射峰的峰值减小；实验制备了(Si/SiO2)11结构的光子晶体薄膜并进行了透射谱的测试，证实了理论研究中对此结构增加周期数到11时可以实现禁带的展宽的想法。 关键词：一维光子晶体，光子禁带，角度调谐，传输矩阵法，磁控溅射法 II
晶体管电子滤波器
直流电源滤波电路及电子滤波器原理分析 整流电路是将交流电变成直流电的一种电路，但其输出的直流电的脉动成分较大，而一般电子设备所需直流电源的脉动系数要求小于0．01．故整流输出的电压必须采取一定的措施．尽量降低输出电压中的脉动成分，同时要尽量保存输出电压中的直流成分，使输出电压接近于较理想的直流电，这样的电路就是直流电源中的滤波电路。 常用的滤波电路有无源滤波和有源滤波两大类。无源滤波的主要形式有电容滤波、电感滤波和复式滤波(包括倒L型、LC滤波、LCπ型滤波和RCπ型滤波等)。有源滤波的主要形式是有源RC滤波，也被称作电子滤波器。 直流电中的脉动成分的大小用脉动系数来表示，此值越大，则滤波器的滤波效果越差。 脉动系数(S)=输出电压交流分量的基波最大值／输出电压的直流分量 半波整流输出电压的脉动系数为S=1．57，全波整流和桥式整流的输出电压的脉动系数S≈O．67。对于全波和桥式整流电路采用C型滤波电路后，其脉动系数S=1／(4(RLC／T-1)。(T为整流输出的直流脉动电压的周期。) RC-π型滤波电路，实质上是在电容滤波的基础上再加一级RC滤波电路组成的。如图1虚线 框即为加的一级RC滤波电路。若用S'表示C1两端电压的脉动系数，则输出电压两端的脉动系数S=(1/ωC2R')S'。 由分析可知，在ω值一定的情况下，R愈大，C2愈大，则脉动系数愈小，也就是滤波效果就越好。而R值增大时，电阻上的直流压降会增大，这样就增大了直流电源的内部损耗；若增大C2的电容量，又会增大电容器的体积和重量，实现起来也不现实。 为了解决这个矛盾，于是常常采用有源滤波电路，也被称作电子滤波器。电路如图2。它是由C1、R、C2组成的π型RC滤波电路与有源器件--晶体管T组成的射极输出器连接而成的电路。由图2可知，流过R的电流IR=IE／(1+β)=IRL ／(1+β)。流过电阻R的电流仅为负载电流的1/(1+β)．所以可以采用较大的R，与C2配合以获得较好的滤波效果，以使C2两端的电压的脉动成分减小，输出电压和C2两端的电压基本相等，因此输出电压的脉动成分也得到了削减。 从RL负载电阻两端看，基极回路的滤波元件R、C2折合到射极回路，相当于R减小了(1+β)倍，而C2增大了(1+β)倍。这样所需的电容C2只是一般RCπ型滤波器所需电容的1／β，比如晶体管的直流放大系数β=50，如果用一般RCπ
光子晶体简介及应用
光子晶体及其应用的研究 (程立锋物理电子学) 摘要：光子晶体(PbmDftic Crystal)是一种新型的人工材料，其最显著的特点就是具有光子禁带(Photonic B锄d．G ￡lp，简称PBG)，频率落在光子禁带内的电磁波是禁止传播的，因而具有光子带隙的周期性奔电结构就称为光子晶体。近几年，光子晶体被广泛地应用于微波、毫米波的电路设计中。的滤波特性，加以优化，则可以实现带通滤波器。迄今为止，已有多种基于光子晶体的全新光子学器件被相继提出，包括无阈值的激光器，无损耗的反射镜和弯曲光路，高品质因子的光学微腔，低驱动能量的非线性开关和放大器，波长分辨率极高而体积极小的超棱镜，具有色散补偿作用的光子晶体光纤，以及提高效率的发光二极管等。光子晶体的出现使光子晶体信息处理技术的"全光子化"和光子技术的微型化与集成化成为可能，它可能在未来导致信息技术的一次革命，其影响可能与当年半导体技术相提并论。 关键词：光子晶体；算法；应用；
1光子晶体简介 在过去的半个世纪里，随着人们对电子在物质尤其是半导体中运动规律的研究，使得对电子控制能力的增加，从而产生了各种微电子器件以及大规模的集成电路。推动了电子工业和现代信息产业的迅猛发展，半导体技术在人们生活中扮演着越来越重要的角色。半导体的工作载体是电子，因此半导体的研究围绕着怎样利用和控制电子的特性。但近年来，电子器件的进一步小型化以及在减小能耗下提高运行速度变得越来越困难。人们感到了电子产业发展的极限，转而把目光投向了光子。与电子相比，以光子作为信息和能量的载体具有优越性。光子是以光速运动的微观粒子，速度快；它的静止质量为零，彼此间不存在相互作用，即使光线交汇时也不存在相互干扰：它还有电子所不具备的频率和偏振等特征。电子能带和能隙结构是电子作为一种波的形式在凝聚态物质中传播的结构，而光子和电子一样具有波动性，那么是否存在这样一种材料，光子作为一种波的形式在其中传播也会产生光子能带和带隙。近来大量的理论和实验表明确实存在这样一种材料，其典型的结构是一个折射率周期变化的三维物体，它的周期为光的波长，折射率变化比较大时，会出现类似于电子情况的光子能带和带隙。这种具有光子能带和带隙的材料被称为光子晶体。 在半导体材料中，电子在晶体的周期势场中传播时，由于电子波会受到周期势场的布拉格散射而形成能带结构，带与带之间可能存在
晶体滤波器
晶体滤波器 百科名片 晶体滤波器crystal filte，用晶体谐振器组成的滤波器。与LC谐振回路构成的滤波器相比，晶体滤波器在频率选择性、频率稳定性、过渡带陡度和插入损耗等方面都优越得多，已广泛用于通信、导航、测量等电子设备。 目录 简介 革新 分类 1. 分立式晶体滤波器 2. 集成式晶体滤波器 简介 革新 分类 1. 分立式晶体滤波器 2. 集成式晶体滤波器 展开 编辑本段简介 1921年W.G.凯地将晶体谐振器用于各种调谐电路，形成了晶体滤波器的雏形。1927年L.艾斯本希德把晶体谐振器用于真正的滤波电路。1931年W.P.梅森又把它用于格型滤波器。60年代中期，集成式晶体滤波器研制成功，晶体滤波器在小型化方面有了很大发展。石英晶体谐振器是最常用的晶体谐振器之一，它在滤波器中主要用作窄带通滤波器。钽酸锂或铌酸锂晶体谐振器的耦合系数和频率常数较大，适用于制做高频宽带通滤波器。其他压电材料因温度稳定性较差，很少采用。 编辑本段革新 石英晶体谐振器是最常用的晶体谐振器之一，它在滤波器中主要用作窄带通滤波器。钽酸锂 ?? 图1a 或铌酸锂晶体谐振器的耦合系数和频率常数较大，适于制做高频宽带通滤波器。其他压电材料因温度稳定性较差，很少采用。（见压电器件）。当作用于晶体谐振器的电信号频率等于晶体的固有频率时，电能通过晶体的逆压电效应在晶体中引起机械谐振产生机械能;在输出端,正压电效应又将这种机械能转换为电信号。晶体谐振器及其等效电路和阻抗特性如图1。其中，L1、C1和R1分别代表晶体谐振器的动态电感、动态电容和动态电阻；C0为晶体支架和电极间的静态电容。R1通常很小，可忽略不计。这样，图1a的等效电路可视为纯电抗二端网络。谐振器的串联、并联谐振频率f1、f2以 ?? 比值公式 及比值f2/f1分别为 ?? 相关公式 比值 f2/f1随比值C1/C0而异。这个特性可以用来调节晶体滤波器的通频带。例如，谐振器外接一个串联电容器,等效于C1减小、f1升高；而外接一个并联电容器,则等效于C0
光子晶体滤波器
光子晶体滤波器理论基础 2.1 光子晶体概述 2.1.1光子晶体概念 光子晶体也叫光子带隙材料（PBG ）,它的概念是在1987年分别由S ．John 和E ．Yablonovitch 等人提出来的。经过几十年的发展，光子晶体已成为人们非常关注的领域。所谓光子晶体，是一种介电常量呈空间周期性分布的人工介质结构，它具有光子禁带，频率和能量处于禁带内的光子无法进入光子晶体内部，在光子晶体内部完全被禁止存在[12-14]。在固体物理研究发现，晶体中的周期性排列的原子所产生的周期性电势场中的电子有一个特殊的约束作用。在这样的空间周期性电势场中的电子运动是由如下的薛定谔方程决定的： （2.1） 其中）（r V →是电子的势能函数，它有空间周期性。我们求解以上方程(2.1) 可以发现，电子能量Ｅ只能取某些特殊值，在某些能量区间内方程无解―― 即电子能量不能落在在这样的能量区间，通常称之为能量禁带。研究发现， 电子在这种周期性结构中的德布罗意波长与晶体的晶格常数有大致相同数 量级。 ＝０，－ E 2m + 2??? ??ψ?????????? ????? ???→→t V r r
从电磁场理论知道，在介电系数呈空间周期性分布的介质中，电 磁场所服从的规律是如下所示的Maxell 方程： 其中，0ε为平均相对介电常数，??? ??→r ε为相对介电常数的调制部分，他 随空间位置作周期性变化，Ｃ为真空中的光速，ω为电磁波的频率， ()t r E , 是电磁波的电矢量，可以看到方程式 1.1)和(1.2)具有一定的相似性。事实上，通过对方程式(2)的求解可以发现，该方程式只有在某些特定的频率ω处才有解，而在某些频率ω取值区方程无解。这也就是说，在介电常数呈周期性分布的介质结构中的电磁波的某些频率是被禁止的，通常 图2.1光子禁带示意图 称这些被禁止的频率区间为＂光子频率禁带＂(Photonic Band Gap )，如图2.1所示，而将具有＂光子频率禁带＂的材料称作为光子晶体。 而我们正是利用光子晶体的“光子频率禁带”这一特点来制作滤波器，使其满足我们需要的波段要求，具有较大的实际意义。 ＝０，－＋Ｃ＋??? ??→????????????? ????? ???→t r E r εεω0222（1.2）
晶体滤波器设计
晶体滤波器设计 图5.1-9 几种切型的频率温度特性曲线由图可知AT切型在-55~+85度之间频率变化都很小，特别是在-20~+40度范围内，频率基本上与温度无关。2、石英谐振器等交电路 及电抗频率特性（1）石英谐振器等效电路模拟晶体谐振点附近情况，它相当于一个串联谐振电路，因此可用集中参数LS、CS、RS来等效，LS称之动态电感，CS称之动态电容，RS称之动态电阻，其基频等效电路见图5.1-10图5.1-10 石英谐振器基频等效电路图中右边支路的电容C0称为石英谐振器的静电容。它是以石英为介质在两极板间形成的电容，其容量主要决定于石英片尺寸和电极面积，可用下式表示；式中E为石英的介电常数；S为极板面积；D为石英片厚度。C0一般在几皮法到几十皮法之间。石英晶体的Q值非常高，是一般LC振荡回路远所不及，Q值与动态参数关系为目前广泛使用的AT切型密封谐振器Q值，一般为（50~300）*10的3次方，而精密型的Q值可达（1~5）*10的8次方。（2）石英谐振器等效电路电抗频率特性由等效电路可知，有两 个谐振角频率，一为左支路的串联谐振角频率WS，即石英片本身自然角频率另一石英谐振器的并联谐振角频率当忽 略动态电阻RS的影响时，由石英晶体和等效电路可求其效电抗X。其电抗频率特性曲线示于图5.1-11。图5.1-11 石
英谐振器电抗频率特性由图5.1-11可见当W大于WPW、W小于WS时电抗JX为容性；当W在WS、WP之间时，电抗JX为感性。石英晶体滤波器工作时，石英晶体两个谐振频率之间的宽度，通常决定滤波器的通带宽度。为要加宽滤波器的通带宽度，则必须加宽石英晶体两谐振频率之间的宽度，这通常可用外加电感与石英晶体串联或并联的方法来实现。表5.1-8示出部分石英晶体的主要性能。差接桥型带通晶体滤波器设计晶体滤波器也有两种方法：一是影象参数法；另一是有效参数法（即综合法）。综合法是目前广泛采用的有效方法。在许多现代电子设备中应用最多的是带通晶体滤波器，按其频带分类有察窄带、中等带宽、宽带三类，其相对带宽分别为小于0.1%以下、0.1%~1%和大于1%。带通晶体滤波器中，以差接桥型或称之格型应用最为普遍，差接桥型电路实际上是惠斯登电桥电路。其典型形式有以下两种：1、窄带差接桥型带通晶体滤波器此种滤波器的零件参数是由网络综合法设计计算得出的。先将全极点归一化低通LC梯型电路转换成带通梯型电路，然后再由巴尔特勒特中剖定理，将梯型电路变换差接型电路或桥型电路或桥型电路，并用晶体谐振器等效来实现。窄带差接桥型带通晶体滤波器电路的设计请参阅文献（7）。2、宽带差接桥型带通晶体滤波器的设计表5.1-9列出了个设计公式和例子。晶体滤波器定型产品的选用目前，国内外都已经生产出具有一定
光子晶体原理及应用
一、绪论 1.1光子晶体的基本概念 光子晶体是由不同介电常数的介质材料在空间呈周期排布的结构，当电磁波受到调制而形成类似于电子的能带结构，这种能带结构称为光子能带。在合适的晶格常数和介电常数比的条件下，类似于电子能带隙，在光子晶体的光子能带间可出现使某些频率的电磁波完全不能透过的频率区域，将此频率区域称为光子带隙或光子禁带。人们又将光子晶体称为光子带隙材料。 与一般的电子晶体类似，光子晶体也有一维、二维、三维之分。一维光子晶体是介电常数不同的两种介质块交替堆积形成的结构。实际上，一维光子晶体已经被广泛应用，如法布里-珀罗腔光学多层的增反/透膜等。二维光子晶体是介电常数在二维空间呈周期性排列的结构。 光子晶体中存在光子禁带的物理机理是基于固体物理的布洛赫理论。 1.2光子带隙 光子在光子晶体中的行为类似于电子在半导体晶体中的行为，通过独特的光子禁带可改变光的行为。研究表明，光子带隙有完全光子带隙与不完全光子带隙的区分。所谓完全光子带隙，是指在一定频率范围内，无论其偏振方向及传播方向如何，光都禁止传播，或者说光在整个空间的所有传播方向上都有能隙，且每个方向上的能隙能互相重叠。所谓不完全光子带隙，则是相应于空间各方向上的能隙并不能完全重叠，或只在特定的方向上有能低折射率的介质在晶格中所占比率以及它们在空间的排列结构。总的来说，折射率差别越大带隙越大，能够达到的效率也就越高。 二、光子晶体的晶体结构和能带结构特性研究 2.1一维光子晶体的传输矩阵法 设一维光子晶体由两种材料周期性交替排列构成，通常称一维二元光子晶体，类似固体能带理论中的Kroning-penney模型，在空气中由A、B薄层交替构成一维人工周期性结构材料，其中A材料的折射率是na，厚度为ha，B材料的
450KHZ--150MHZ的晶体滤波器简介
深圳市格利特电子有限公司是石英晶体系列产品的专业供应商，是日本SORACHI公司的中国代理商，能提供频率范围从450KHZ--150MHZ的晶体滤波器系列型号。 代理商，能提供频率范围从450KHZ 150MHZ的晶体滤波器系列型号。*产品广泛用于：无线通信、对讲机、基站、载波通信、卫星通信、广播、邮电、导航、数传、数控、 遥控、遥测、电子仪器、视频控制系统等通讯设备。 封 装HC-49U/T UM-1 UM-5 5*7mm 3.8*3.8mm 53*15*15mm 极 数带 宽 455KHZ 456KHZ 486KHZ 518KHZ 7.8MHZ 8MHZ 8.9MHZ 10.7MHZ 169MHZ 179MHZ 214MHZ 217MHZ 2305MHZ 24349MHZ 2 Pole 4 Pole 6 Pole 8 Pole 3.75KHz 4KHz 5KHz 6KHz 7.5KHz 12.5KHz 15KHz 16.9MHZ 17.9MHZ 21.4MHZ 21.7MHZ 23.05MHZ 24.349MHZ 24.555MHZ 25MHZ 25.655MHZ 25.550MHZ 26.450MHZ 29.25MHZ 30.850MHZ 30.875MHZ 31.050MHZ 32.768MHZ 35.40MHZ 38.4MHZ 38.850MHZ 44.850MHZ 45.000MHZ 46.300MHZ 46.350MHZ 47.20MHZ 45.1MHZ 49.950MHZ 50.720MHZ 70-70.05MHZ 55.025-55.1MHZ 55.00MHZ 55845MHZ 581125MHZ 59850MHZ 95700MHZ 73350MHZ 82200MHZ 频 率 55.845MHZ 58.1125MHZ 59.850MHZ 95.700MHZ 73.350MHZ 82.200MHZ 85.380MHZ 78.450MHZ 86.5125MHZ 90.00MHZ 106.95MHZ 110.52MHZ 112.32MHZ 128.45MHZ 130-130.05MHZ 135MHZ 183.6MHZ 243.96MHZ 通用频率长期备有现货，可为客户订制各种特殊功能、特殊用途的晶体滤波器。 具体型号请浏览网站 *具体型号请浏览网站：https://www.360docs.net/doc/bb18812228.html,/chn/products2.asp?FactureID=38 如有兴趣，随时欢迎您的查询，我公司可免费提供样板及相关的产品规格资料！ https://www.360docs.net/doc/bb18812228.html, 我们的信念：专业、专注、以最合理的价格为您奉上最高性能、最佳品质的石英晶体元器件，将竭诚为中外客户服务！感谢有您的支持！ 石英晶体系列产品专业供应商 如需了解更多信息敬请联系: 深圳市格利特电子有限公司 Tel : +86-755-83476790 Fax : +86-755-82523601 E-mail : sales@https://www.360docs.net/doc/bb18812228.html, QQ :598306447 Http//:https://www.360docs.net/doc/bb18812228.html,
模电实验报告——半导体器件特性仿真
实验报告 课程名称：___模拟电子技术基础实验_____实验名称：____半导体器件特性仿真____实验类型：__EDA___ 一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得 一、 实验目的和要求 1、了解PSPICE 软件常用菜单和命令的使用。 2、掌握PSPICE 电路图的输入和编辑。 3、学习PSPICE 分析设置、仿真、波形查看等方法。 4、学习半导体器件特性的仿真分析方法。 二、 实验内容和原理 1、二极管伏安特性测试电路如图3.1.1所示，输入该电路图，设置合适的分析方式及参数，用PSpice 程序仿真分析二极管的伏安特性。 2、在直流分析中设置对温度的内嵌分析，仿真分析二极管在不同温度下的伏安特性。 3、将电源Vs 用VSIN 元件代替，并设置合适的元件参数，仿真分析二极管两端的输出波形。 4、三极管特性测试电路如图3.1.2所示，用PSpice 程序仿真分析三极管的输出特性，并估算电压放大倍数。 图3.1.1 二极管特性测试电路 图3.1.2 三极管特性测试电路 三、 主要仪器设备 装有PSpice 程序的PC 机 四、 操作方法和实验步骤 1、二极管特性的仿真分析
受温度影响。用PSpice仿真时，从元件库中选出相应元件，连线，设置分析参数。二极管特性测试电路的直流扫描分析参数可设置为：扫描变量类型为电压源，扫描变量为Vs，扫描类型为线性扫描，初始值为-200V，终值为40V，增量为0.1V。为了仿真分析二极管在不同温度下的伏安特性，还需设置直流扫描的内嵌分析（Nested Sweep）,内嵌分析参数可设置为：扫描变量类型为温度，扫描类型为列表扫描，扫描值为-10(℃)，0(℃)，30(℃)。在Probe程序中可查看到二极管的伏安特性曲线，其横坐标应为二极管两端电压V（2）。为了分析温度对二极管伏安特性的影响，可以改变X坐标轴和Y坐标轴的范围，得到二极管在不同温度下的正向伏安特性曲线。 2、三极管特性的仿真分析 三极管的共射输出特性曲线是在一定的基极电流下，三极管的集电极电流与集电极发射极电压之间的关系。用PSpice仿真时，从元件库中选出相应元件，连线，设置分析参数。直流扫描分析参数可设置为：扫描变量类型为电压源，扫描变量为VCC，扫描类型为线性扫描，初始值为0V，终值为50V，增量为0.1V。设置直流扫描的内嵌分析（Nested Sweep）,内嵌分析参数可设置为：扫描变量类型为电流源，扫描类型为IB，扫描类型为线性扫描，初始值为0，终值为100μA，增量为10μA。在Probe程序中可查看到三极管集电极电流IC（Q1）的曲线，需将X轴变量设置为三极管集电极与发射极之间的电压V（Q1：c），并选择合适的坐标范围 ，可得到三极管的输出特性曲线。 五、实验数据记录和处理 1、二极管特性的仿真分析
光子晶体的应用与研究
光子晶体的应用与研究 IsSN1009—3044 Compu~rKnowledgeandTechnology电脑知识与技术 V o1.7,No.22.August2011. 光子晶体的应用与研究 陆清茹 (东南大学成贤学院,江苏南京210000) E—mail:kfyj@https://www.360docs.net/doc/bb18812228.html,.ell https://www.360docs.net/doc/bb18812228.html, Tel:+86—551～56909635690964 摘要:光子晶体是指具有光子带隙(PhotonicBand～Gap,简称为PBG)g~性的人造周期性电介质结构.有时也称为PBG光子晶体结 构.该文系统的阐述了光子晶体的产生,制备及应用. 关键词:光子晶体;光子频率禁带;激光全息: 中图分类号:TN364文献标识码:A 光子晶体激光器:微波天线 文章编号:1009—3044(2011)22—5468—02 进入2O世纪后半叶以来,全球迎来了电子时代,电子器件被极其广泛的应用于工作和生活的各个领域,尤其是促进了计算机 和通讯行业的发展.但是进入21世纪以后,伴随着电子器仲不断深入的小型化,低耗能,高速度,其进一步的提升也越来越困难.人 们感到了电子器件发展的瓶颈,开始把目光转向了光子,有人提出了使用光子代替电子作为新一代信息载体的设想.电子器件的基 础是电子在半导体中的运动,类似的,光子器件的基础是光子在光子晶体中的运动.光子的性质决定了光子器件的主要特点是能量 损耗小,运行速度快,所以工作效率高.光子器件在高效率发光二极管,光子开关,光波导器件,光滤波器等方面都具备巨大的应用
潜力.近年来,光子晶体相关的理论研究,实验科学以及实际应用都已经得到了迅速的发展,光子晶体领域已经成为现在世界范围 的研究热点.1999年l2月17日,《科学》杂志就已经把光子晶体的研究列为全球十大科学进展之一. 1光子晶体的由来 1987年S.John和E.Yablonovitch等人分别提出了光子晶体的概念:光子晶体是指具有光子带隙(PhotonicBand—Gap,简称为 PBG)特性的人造周期性电介质结构,有时也称为PBG光子晶体结构.它是根据电子学上的概念类比得出的.我们知道,在固体物理 学的研究中,晶体中的呈周期性排列的原子产生的周期性电势场会对其中电子有特殊的约束作用.在介电常数周期性分布的介质 中的电磁波的一些频率是被禁止的,光子晶体也类似.通常这些被禁止的频率区间为光子带隙,也叫光子频率禁带,而将具有"光子 频率禁带"的材料称作为光子晶体 2光子晶体的分类与结构 我们可以根据光子晶体的结构进行分类根据其能隙空间分布的不同,我们把光子晶体分为一维光子晶体,二维光子晶体,三 维光子晶体. 3光子晶体的制造 光子晶体在自然界中几乎不存在,它是一种人造做结构,其制备工艺主要有以下几种: 3.1机械加工法 机械加工法又叫精密机械加工法.这种加工法是存光子晶体的早期研究中发展起来的方法.机械加工法通过在集体材料上进 行机械接卸钻孑L,利用空气介质和集体材料的折射率差束获得光子晶体,这种方法可以用于制备制作起来比较容易的晶格常熟在 厘米至毫米量级的微波波段光子晶体. 3.2半导体微制造法 半导体制备技术中的"激光刻蚀","反应离子束刻蚀","电子束刻蚀"以及"化学汽相
固体物理小论文一维光子晶体
一维光子晶体层状碘化铅/碘甲基氨的色散关系 自1987 年Yablono vitch[ 1 ] 在周期性排列的电介质中发现光子禁带以来, 人们对光子晶体这种人工结构已做了大量的研究工作。一维光子晶体, 其结构简单（图示1）, 易于制备, 可以设计滤波器、薄膜太阳能电池等光电子学器件的常用结构。 使用CVD法制备卤化铅（碘化铅）层状结构，后期退火在每层碘化铅中加入碘甲基氨，由于二者的介电常数相差较大且呈周期排布所以在堆垛方向上形成一维光子晶体（图示2）。
通常描述光子晶体能带结构的物理参量主要是透射谱、反射谱及其）（k ω色散关系.本文中我们用平面波展开发计算色散关系[2]. 光子晶体理论分析中应用最早、最广的一种方法就是平面波展开法。在计算光子晶体光子能带结构时,平面波展开法直接应用了结构的周期性,将麦克斯韦方程从实空间变换到离散傅立叶空间,将色散关系计算简化为对代数本征值问题的求解. 假设光子晶体处在无源空间, 且是由各向同性、无损耗、非磁性、无色散的线性介质组成 入射波t i e x E t x E ω-=)(),( 由麦克斯韦方程给出其波动方程 2222),()(,t t x E a x x t x E ??=??ε）（ 图2 碘化铅层状结构SEM 图
削去时间 )()(-2222x E c x x x E εω=??）（ a 为晶格常数，)(x ε为周期性介电函数， nm a nm a a a a 4040212 1==+= ???<<<<=a x a a x x 1211 ,0,)(εεε 1a 为碘化铅厚度，2a 为碘甲基氨厚度，假设二者相等，根据图2可估算大概尺度为40nm 1ε为碘化铅介电常数，2ε为碘甲基氨介电常数，查阅资料取31=ε62=ε 将周期函数)(x ε做周期展开 ∑∞-∞== n x a n i n e x πεε2)( 其中 ?-=a x a n i n e x a 02)(1πεε 积分得 ???????≠??????--=+=-0,1)(20,12212211n e n i n a a a a a a n i n πεεπεεε 将E(x)展开得到布洛赫波的形式 ∑∞-∞=+= m x a m k i e m B x E )2()()(π 将②③带入①中 ① ② ③