【摘要】：隨著生產(chǎn)工藝的不斷提高和成本的下降,發(fā)光二極管已經(jīng)成為21世紀(jì)的理想照明光源。隨著發(fā)光二極管應(yīng)用范圍的擴(kuò)大和應(yīng)用要求的提高,對(duì)其的偏振度的要求也越來(lái)越高。以二維光子晶體作為集成偏振層的發(fā)光二極管以其出光效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、工藝兼容性好、可調(diào)諧等優(yōu)點(diǎn)成為解決這一問(wèn)題的重要方案。集成于LED表面的二維光子晶體層是在傳統(tǒng)光子晶體偏振片的基礎(chǔ)上針對(duì)LED的出光特點(diǎn)制成的。其原理是光子晶體對(duì)不同模式光擁有不同傳輸特性,通過(guò)合理設(shè)置光子晶體的結(jié)構(gòu)參數(shù),如占空比、晶格結(jié)構(gòu)、介質(zhì)孔形狀等,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)模式的分離,從而為高出光效率、高偏振度的LED的制造提供了可能。而利用向列型液晶重構(gòu)過(guò)程中折射率的變化,還可以制作可調(diào)諧的光子晶體偏振層。本文基于二維光子晶體偏振層的優(yōu)異特性,對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和參數(shù)優(yōu)化。采用的具體數(shù)值模擬算法是平面波展開(kāi)法。為了克服常用設(shè)計(jì)軟件對(duì)光子晶體結(jié)構(gòu)的限制,本文從基礎(chǔ)理論出發(fā),設(shè)計(jì)了一種可用于任意晶胞形狀的離散化數(shù)值模擬算法并編寫(xiě)了相應(yīng)的程序。在此基礎(chǔ)上對(duì)光子晶體的各個(gè)參數(shù)逐一進(jìn)行優(yōu)化。得出了光子晶體占空比對(duì)帶寬影響的非線性關(guān)系,晶格結(jié)構(gòu)的比較與選擇,介質(zhì)孔拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)禁帶寬度的影響與其拓?fù)浜蓴?shù)量有關(guān)等經(jīng)驗(yàn)結(jié)論,并在大量模擬數(shù)據(jù)的支持下給出了一個(gè)較優(yōu)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。在上述結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,本文通過(guò)模擬分析了傳統(tǒng)液晶摻雜光子晶體偏振片中,利用禁帶邊緣移動(dòng)實(shí)現(xiàn)調(diào)諧的方案的優(yōu)缺點(diǎn)。進(jìn)而提出了利用缺陷態(tài)實(shí)現(xiàn)光子晶體偏振開(kāi)關(guān)的模型。模擬結(jié)果顯示該模型可以在LED的藍(lán)光譜段創(chuàng)造一個(gè)2nm寬的窗口區(qū),可用于偏振片的開(kāi)關(guān)。上述模型開(kāi)關(guān)效果相對(duì)于傳統(tǒng)方法有較大的提升,為L(zhǎng)ED上的集成光子晶體層設(shè)計(jì)提供了新思路,可以作為進(jìn)一步實(shí)用化研究的理論基礎(chǔ)。
[Abstract]:With the continuous improvement of production technology and the decrease of cost, LED has become the ideal lighting source in the 21st century. With the enlargement of the application range and the improvement of the application requirements, the polarization degree of LEDs is becoming more and more important. The light-emitting diode with two-dimensional photonic crystal as the integrated polarization layer has the advantages of high light efficiency, compact structure, good process compatibility and tunable. The two-dimensional photonic crystal layer integrated on the surface of LED is based on the traditional photonic crystal polarizer. The principle is that photonic crystals have different transmission characteristics to different modes of light. By setting reasonable structure parameters of photonic crystals, such as duty cycle, lattice structure, shape of dielectric holes and so on, the mode can be separated and the light efficiency can be increased. The manufacture of LED with high degree of polarization is possible. The tunable photonic crystal polarization layer can also be made by the change of refractive index during the reconstruction of nematic liquid crystal. Based on the excellent properties of the polarization layer of two-dimensional photonic crystal, the structure design and parameter optimization are carried out in this paper. The numerical simulation algorithm is the plane wave expansion method. In order to overcome the limitation of common design software on photonic crystal structure, a discrete numerical simulation algorithm for arbitrary cell shape is designed and a corresponding program is written. On this basis, the parameters of the photonic crystal are optimized one by one. Some empirical conclusions are obtained, such as the nonlinear relation of the duty cycle ratio of photonic crystal, the comparison and selection of lattice structure, the influence of dielectric hole topology on the band gap and the amount of topological charge. A better infrastructure is given under the support of a large number of simulation data. On the basis of the above structure, the advantages and disadvantages of the traditional LCD-doped photonic crystal polarizer with bandgap edge moving to realize tuning are analyzed. Furthermore, a model of photonic crystal polarization switch based on defect state is proposed. The simulation results show that the model can create a wide window region of 2nm in the blue spectrum of LED and can be used in the switch of polarizer. Compared with the traditional method, the switching effect of the model is improved greatly, which provides a new idea for the design of integrated photonic crystal layer on LED, and can be used as the theoretical basis for further practical research.
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院研究生院(長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TN312.8;O734

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本文編號(hào)：2215171