Peculiarities of photonic band gap width dependence upon concentration of the admixture layers randomly included in composite material

Abstract

Considered is a model of photonic crystalline superlattice as a set of macroscopically homogeneous layers with randomly included extrinsic (with respect to the ideal superlattice) layers of a variable thickness and composition. The polariton spectrum of such a non-ideal superlattice with an arbitrary number of layers per elementary cell obtained within the virtual crystal method is specified for the Si - diamond crystal system. The peculiarities of the band gap width dependence upon concentration of admixture layers and refractive index are considered. The study carried out shows that optical characteristics of a crystalline superlattice may vary significantly due to transformation of its polariton spectrum caused by the presence of admixture layers.

Розглянуто модель фотонної кристалічної супергратки як системи макроснопічно однорідних шарів з хаотично введеними чужорідними (відносно ідеальної супергратки) шарами змінного складу та товщини. Одержаний у наближенні віртуального кристалу поляритонний спектр такої неідеальної супергратки з довільною щільністю шарів в елементарній чарунці конкретизовано для алмазно-кремнієвої системи. Проаналізовано особливості особливості залежності ширини забороненої зони та показника заломлення світла від концентрації домішкових шарів. Проведене дослідження вказує на можливість значних змін оптичних властивостей кристалічної супергратки, які обумовлені трансформацією її поляритонного спектру внаслідок присутності чужорідних шарів.

Рассмотрена модель фотонной кристаллической сверхрешетки как системы макроскопически однородных слоев с хаотически внедренными инородными (по отношению к идеальной сверхрешетке) слоями с переменным составом и толщиной. Полученный в приближении виртуального кристалла поляритонный спектр такой неидеальной сверхрешетки с произвольным числом слоев в элементарной ячейке конкретизирован для алмазно-кремниевой системы. Проанализированы особенности зависимости ширины запрещенной зоны и показателя преломления от концентрации примесных слоев. Проведенное исследование указывает на возможность значительных изменений оптических свойств кристаллической сверхрешетки, которые обусловлены трансформацией ее поляритонного спектра в результате присутствия инородных слоев.