Sử dụng phương pháp ma trận truyền và phần mềm Matlab để mô phỏng phổ phản xạ của tinh thể quang tử một chiều

Đỗ Thùy Chi và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 112(12)/2: 9 - 14

9

SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP MA TRẬN TRUYỀN VÀ PHẦN MỀM MATLAB

ĐỂ MÔ PHỎNG PHỔ PHẢN XẠ CỦA TINH THỂ QUANG TỬ MỘT CHIỀU

Đỗ Thùy Chi*

, Doãn Thị Tươi

Trường Đại học Sư phạm – ĐH Thái Nguyên

TÓM TẮT

Bài báo này trình bày về cách sử dụng phương pháp ma trận truyền kết hợp với phần mềm matlab

để mô phỏng phổ phản xạ của tinh thể quang tử một chiều, đồng thời cũng trình bày các kết quả

mô phỏng về ảnh hưởng của độ tương phản chiết suất, số chu kỳ, bước sóng thiết kế đến phổ phản

xạ của tinh thể quang tử một chiều. Các kết quả cho thấy khi tăng tỷ lệ tương phản chiết suất giữa

hai lớp cực đại phổ phản xạ bị mở rộng; khi số chu kỳ tăng thì hệ số phản xạ tăng dần và độ bán

rộng giảm. Sự phù hợp giữa mô phỏng và thực nghiệm cũng bước đầu được nghiên cứu.

Từ khóa: tinh thể quang tử một chiều, mô phỏng, phương pháp ma trận truyền, phần mềm matlab.

GIỚI THIỆU *

Khái niệm

Các tinh thể quang tử (PCs) là một loại vật

liệu có sự thay đổi tuần hoàn về chiết suất. Tùy

thuộc vào số chiều tuần hoàn của cấu trúc, PCs

có thể chia ra thành ba loại là PCs một chiều

(1D), hai chiều (2D) và ba chiều (3D). Trong

PCs 1D sự tuần hoàn của chiết suất chỉ thiết

lập theo một hướng duy nhất, hai hướng còn

lại là đồng nhất. Trường hợp đơn giản nhất để

tạo ra PCs là chỉ cần sử dụng hai lớp vật liệu

với hằng số điện môi sắp xếp luân phiên nhau.

Một ví dụ của PCs 1D là gương phản xạ

Bragg- một linh kiện được sử dụng rộng rãi để

phân bố phản xạ trong các buồng cộng hưởng

laser phát bề mặt thẳng đứng.

Tính chất quan trọng nhất để tạo ra những

ứng dụng của PCs là sự tồn tại một vùng

cấm quang là dải năng lượng hoặc tần số

mà ánh sáng bị cấm truyền trong PCs, còn

khi ánh sáng có tần số nằm trong vùng cấm

quang của PCs thì nó sẽ bị phản xạ toàn

phần. Tuy nhiên nếu trong PCs có một

khuyết tật thì ảnh hưởng của khuyết tật đó

cũng giống ảnh hưởng của khuyết tật trong

cấu trúc của chất bán dẫn tức là sẽ có một

trạng thái riêng xuất hiện trong trong vùng

cấm quang của PCs với năng lượng tương

ứng với tần số riêng của khuyết tật, do đó

bức xạ trong vùng tần số khuyết tật sẽ được

phép truyền trong cấu trúc của PCs.

*

Tel: 0989200314; Email: [email protected]

Ứng dụng của PCs 1D

Các PC có thể được sử dụng để điều khiển,

giam giữ các bức xạ tự phát và thiết kế các

nguồn bức xạ mới. PC và PC có chứa các

khuyết tật (là dạng tinh thể quang tử có chứa

các bộ cộng hưởng chất lượng cao và tạo ra

sự định xứ mạnh ở bên trong các khuyết tật)

đều có thể sử dụng để điều khiển các phát xạ

tự phát và cải thiện các đặc tính của laser.

Tuỳ thuộc vào dạng PC được sử dụng (có

hoặc không có khuyết tật) mà các nguồn tạo

ra có thể là đơn sắc hoặc đa sắc tức là các

laser hoặc các điốt phát quang. PC cũng được

sử dụng như các chất cách quang hoàn hảo và

không có mất mát, các ứng dụng này của PC

dựa trên tính chất giam giữ ánh sáng trong

các buồng vi cộng hưởng nếu tần số ánh sáng

nằm trong vùng cấm quang của tinh thể

quang tử. Các thiết bị chính được phát triển

dựa trên tính chất cơ bản này của PC là các

buồng vi cộng hưởng [5], các ống dẫn sóng

[2] và các vị trí dẫn sóng uốn cong đột ngột,

các bộ tách sóng [6], các bộ nối [1] và các bộ

kết hợp [3]. Ngoài ra, một trong những ứng

dụng quan trọng của PC là để chế tạo các

phần tử phi tuyến trong các mạch tích hợp

quang như phần tử lưu trữ thông tin quang,

các phần tử lôgíc và các bộ hạn chế năng

lượng quang. Đây sẽ là các linh kiện then

chốt chế tạo nên các hệ thống máy tính lượng

tử trong tương lai.