一維反轉對稱光子結構的表面阻抗特性及其應用

王焱萍， 毛維濤， 趙秋玲， 張清悅， 王 霞

(青島科技大學 數理學院；山東省新型光電材料與技術工程實驗室，山東 青島 266061)

近年來隨著拓撲絕緣體[1-2]概念的提出，拓撲物理學發展迅速[3-6]，拓撲光子結構也很快引起人們的極大關注。香港科技大學CHAN教授課題組理論研究了在一維拓撲光子結構中產生光學界面態(interface state)的條件，并指出在同一帶隙內，表面阻抗符號相反的兩個半無限大光子結構可通過組合產生界面態[7]。由于單個結構的反轉對稱性，這類界面態具有拓撲保護特征，對實驗噪聲具有很強的魯棒性[8-9]，此外層狀光子結構通過常規的電子束蒸鍍等技術易于實現制備[10]，因此對具有反轉對稱特征的層狀光子結構的光學特性做進一步的分析研究具有實際的應用意義[11-16]。本研究基于傳輸矩陣方法研究了具有反轉對稱特征的層狀光子結構的光譜輪廓曲線和表面阻抗特性，分析了反轉對稱光子結構的表面阻抗符號在不同帶隙內的變化規律。

1 一維無限大反轉對稱光子結構的反射光譜

1.1 傳輸矩陣法分析光子結構的反射光譜

考慮由兩種材料構成的二元層狀光子結構，如圖1所示，根據元胞分布不同將結構分為兩種類型，分別定義為PCI結構和PCII結構,藍色方框部分對應PCI結構的一個元胞，由厚度為xda的介質A、厚度為db的介質B以及厚度為(1-x)da的介質A構成；紅色方框部分對應PCII結構的一個元胞，由厚度為xdb的介質B、厚度為da的介質A以及厚度為(1-x)db的介質B構成。x為厚度系數，取值范圍為0～1。……