[发明专利]一种利用二维光子晶体提高C波段LED出光效率的方法

权利要求书

1.一种利用二维光子晶体提高C波段LED出光效率的方法实现，包括如下步骤：

(1)以时域有限差分算法理论为基础，构建了二维光子晶体结构模型，它包括：正方排列二维空气孔光子晶体结构、正方排列二维介质柱光子晶体结构、三角排列二维空气孔光子晶体结构以及三角排列二维介质柱光子晶体结构；

(2)基于时域有限差分算法的二维光子晶体能带结构的求解，通过对麦克斯韦微分方程组在直角坐标系中进行展开，利用差分方程求解二维光子晶体结构的电磁场分布，得出光子晶体的能带结构；

(3)选取最优能带结构，完成二维光子晶体参数的设计，光子晶体参数包括：光子晶体的晶格常数a、占空比Rp以及晶胞半径r。

2.根据权利要求1所述的利用二维光子晶体提高C波段LED出光效率的方法，其特征在于：以时域有限差分算法为理论基础设计二维光子晶体结构模型，包括以下步骤：

(1)设计二维光子晶体材料、光子晶体介质柱/空气孔半径、光子晶体的晶格常数以及占空比，完成光子晶体晶胞设计；

(2)根据一个光子晶体晶胞，设计二维光子晶体阵列，完成正方排列以及三角排列的二维光子晶体结构设计。

3.根据权利要求1所述的利用二维光子晶体提高C波段LED出光效率的方法，其特征在于：利用时域有限差分算法求解二维光子晶体的能带结构，首先我们将麦克斯韦微分方程组在直角坐标系下展开得到：

∂Ez∂y-∂Ey∂z=-μ∂Hx∂t-σmHx∂Ex∂z-∂Ez∂x=-μ∂Hy∂t-σmHy∂Ey∂x-∂Ex∂y=-μ∂Hz∂t-σmHz---(1)]]>

以及：

∂Hz∂y-∂Hy∂z=-ϵ∂Ex∂t-σEx∂Hx∂z-∂Hz∂x=-ϵ∂Ey∂t-σEy∂Hy∂x-∂Hx∂y=-ϵ∂Ez∂t-σEz---(2)]]>

上式中ε，σ，μ分别是介质的介电系数，电导率，磁导系数，由式(1)、(2)我们得出，在三维空间中，此时的电场和磁场在时间顺序上交替抽样，抽样时间间隔彼此相差半个时间步，使麦克斯韦旋度方程离散以后构成显式差分方程，从而可以在时间上迭代求解；因此，由给定相应的电磁场问题的初始值和边界条件，就可以逐步推进的求解空间电磁场，进而求解得到二维光子晶体能带结构。

4.根据权利要求1所述的利用二维光子晶体提高C波段LED出光效率的方法，其特征在于：根据求解的不同晶格常数不同占空比的二维光子晶体的能带结构，选择适合用于提高C波段LED出光效率的最优能带结构；

选取最优能带的原则为：

(1)二维光子晶体能带带隙宽度足够大，可以用来提高较宽波长范围的出光效率；

(2)根据能带频率f与可提高出光效率波长λ及二维光子晶体的晶格常数a的关系式f＝a/λ，选择最优能带频率，完成最优能带结构设计；

根据最优能带结构，可以得到满足于提高C波段LED出光效率的二维光子晶体参数，具体参数包括：光子晶体的晶格常数a、占空比Rp以及晶胞半径r。