ВВЕДЕНИЕ 3
ГЛАВА 1. ПОРИСТЫЕ СТРУКТУРЫ И МЕТОДЫ ИХ ИССЛЕДОВАНИЯ 5
1.1 Основные понятия пористости 5
1.2. Методы исследования пористых структур 7
1.3. Иммерсионный метод рефрактометрии 10
1.4 Метод матриц переноса 11
ГЛАВА 2. Фотонные кристаллы 12
2.1. Основные понятия 12
2.2 Методы изготовления 17
2.3 Важнейшие характеристики и параметры фотонного кристалла 18
2.4. Область применения 20
Глава 3. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 21
3.1 Характеристики модели 21
3.2 Моделирования прохождения света через пористые фотонный кристалл
для различных показателей преломления окружающий среды 23
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 25
Список литературы 26
Приложение
Прогресс во всех областях развития человечества является неизбежным, в том числе и в физике. Одним из главных аспектов развития современной физики является изучение особенностей наноматериалов и развитие методов по изучению их структур. В нашем мире всё чаще и чаще находит применение микро- и наночастицы. Пористость является одной из главенствующих характеристик частиц, которая влияет на их свойства. Структуры, которые имеют пористость называются пористыми структурами. Пористые структуры обладают такими свойствами, как низкая тепло- и звукопроводность, малая гидродинамическая сопротивляемость, высокая диффузионная проницаемость, и еще способность к интеграции с биологическими тканями.
В работе в качестве образца исследования была выбрана модель одномерного фотонного кристалла. Причиной заинтересованности в данном исследовании является широкие перспективы, открывающиеся при применении фотонных кристаллов в развитии науки и техники. Фотонные кристаллы представляют собой сложные по своей структуре вещества, оптические свойства которых меняются в зависимости от условий их создания, эксплуатации и даже области применения. Фотонные кристаллы, имеющие в своей структуре запрещённые зоны, для прохождения электромагнитных волн являются очень интересными объектами для исследования. Запрещённые зоны в спектрах собственных состояний кристаллов связанны с дифракцией света на самой структуре кристалла и такая структура проявляется на размерах меньше микрометра.
Существуют фотонные кристаллы, у которых показатель преломления отрицательный, на их основе создают приборы для получения светового луча шириной меньше его длинны волны.
На основе фотонных кристаллов, возможно создание абсолютно нового класса экранов, с более широкими возможностями по передачи
цвета. На основании методов синтеза фотонных кристаллов, возможно изготовление устройств оптической памяти, а также создание логических устройств, аналогичных микропроцессорам
Из-за зависимости структуры фотонных кристаллов от температуры, возможно создание оптических градусников, способных работать с большими частотами. Прямо сейчас активно ведутся поиски методов синтеза фотонных кристаллов с заданными параметрами высокой степени качества. Однако поиск новых методов невозможен без фундаментальных исследований, направленных на изучение частиц и материалов, сформированных на их основе
Для того что бы получить информацию об оптических свойствах фотонных кристаллов, измеряют и изучают спектры пропускания и отражения. Получение запрещённых зон в фотонных кристаллах происходит путём многолучевой интерференции на ячейках кристалла, для создания этих зон в моей работе используется метод матриц переноса. При осуществлении такого метода поле и элементы фотонного кристалла представляются в виде столбцов и операторов, что позволяет существенно упростить математические расчеты.
Цель данной работы - провести численный эксперимент по фотометрическому измерению пористости слоистой структуры (одномерного фотонного кристалла методом матриц переноса).
Для достижения данной цели необходимо было решить следующие задачи:
• Построить модель одномерного фотонного кристалла с субмикронными порами;
• Промоделировать прохождение света через пористый фотонный кристалл для различных показателей преломления окружения;
• Анализ зависимости коэффициента пропускания от показателя преломления и вычисление пористости.
В ходе данной работы были выполнены следующие задачи:
• Была построена модель одномерного фотонного кристалла с субмикронными порами.
• Промоделирован процесс прохождение света через пористый фотонный кристалл для различных показателей преломления окружения
• Был проведён анализ зависимости коэффициента пропускания от показателя преломления и была вычислена пористости исследуемой структуры.
Исходя из результатов данной работы можно сделать следующий вывод.
В ходе численного эксперимента был воспроизведён механизм, который лежит в основе измерения пористости с помощью иммерсионной рефрактометрии полученное значение для пористости рметод = 0,1779 отличается от значения, полученного теоретически с помощью формулы (), это объясняется неоднозначностью данной формулы, которая описывает усреднённые параметры среды, такие, как показатель преломления, а также в работе использовался свет толь одной длинны волны, а не всего видимого спектра, что так же влияет на разницу показателей пористости. Исходя из этого в дальнейшем можно провести вычисления для других моделей гомогенизации и сравнить их между собой и значение, которое мы получили в ходе данной работы,
