2.2 光子晶體
2.2.3 準光子晶體(Qusai Photonic Crystal)
有別於傳統光子晶體的概念[17]，每一個週期內並不只由一個光子晶體所構 成，而是由特定方式排列的結構形成一個周期，在進行周期性排列形成晶格結構。
而在其他研究中[18]則是計算出了各種不同的準光子晶體期能帶結構形式。
在本研究中我嘗詴了兩種準光子晶體結構的模擬，並且透過能帶模擬及計算 找出適合的周期以及對應的半徑關係。
第一種為 (3.4.6.4) 阿基米德晶格，其排列方式如圖 2.10：
(a) (b)
圖二.10 (3.4.6.4) Archimedean lattice (a) Crystal lattice, primitive unit cell.(b) Brillouin Zone.
由 Brillouin Zone 的形狀，我們可以發現這種準光子晶體的圖像與一般三角 晶格結構的光子晶體一樣，而而此種結構的能帶結果，圖 2.11，幾乎沒有我們 需求的 TE 能帶的存在，所以並不能利用於我們的元件上面。
圖二.11 (3.4.6.4) Archimedean lattice bandgap
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另外一種結構是 (4.8) 光子晶體，圖 2.12 為光子晶體周期排列結構以及能 帶計算結果：
(a) (b)
(c)
圖二.12 (4.8) lattice (a) Crystal lattice, primitive unit cell. (b) Brillouin Zone. (c) BandGap.
在 (4.8) 結構中，其 Brillouin Zone 圖像同樣與三角晶格結構相同，由圖(c)我們 發現其 TE 能帶的存在，並且其能帶大小可以承受在製程過程中所造成的 Filling Factor 誤差，所以在接下來的實驗中即採用了此種的準光子晶體結構。
而對於考量到製程上，在利用電子束顯影以及光子晶體蝕刻的過程中，我們 定義的光子晶體週期是不會受到製程影響改變的，所以我們便固定光子晶體的直 徑大小，用改變光子晶體週期的方式，來選擇我們所需要的光子晶體結構。而首 先我們利用 R-Soft 進行 FDTD 模擬光子晶體的反射率，圖 2.13 為我們模擬的設 計，在二微環境中，利用一入射光入射光子晶體陣列，然後觀察其反射回來的光 強度，與入射光源強度做歸一，即可以知道光子晶體對波長的反射頻譜圖。
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圖二.13 光子晶體 FDTD 模擬圖
由圖 2.14 看到在製程中我們經由參數調變，可以在脊狀波導上穩定的製作 出直徑大小為 0.2μm 的光子晶體，於是我們以此為依據進行改變光子晶體周期間 隔的模擬。
圖二.14 脊狀波導附近光子晶體俯視圖
圖 2.15 為我們經由 FDTD 模擬得到的光子晶體陣列對波長的反射頻譜圖，
圖中縱軸 Total Reflection 為光子晶體反射回來的反射率，我們可以看到在光子晶 體周期為 230nm 以及 240nm 時反射頻譜非常寬，在 0.9μm~1.4μm 都有著非常高 的反射率，我們實驗中預計使用的 InGaAs 量子井以及量子點元件，其理論的基 態波長分別為 980nm 以及 1100nm，都在我們的反射頻譜中，於是後續製程變此 為條件。
偵測反射光相對於入射光的強度 提供入射光源
17 (a)
(b)
圖二.15 光子晶體反射頻譜 (a) 週期 230nm 直徑 200nm (b) 週期 240nm 直徑 200nm
Wavelength (m)
0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5
Diffraction Efficiency (a.u.)
0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9
1.0 Total Reflection
Wavelength (m)
0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5
Diffraction Efficiency (a.u.)
0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9
1.0 Total Reflection
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