光子晶體平面波導與脊波導耦合技術的研究.pdf

1、光子晶體波導能以極低的損耗導引光波傳播并可通過拐角,引起了人們的極大關注,并成為構成未來光子集成芯片(PIC)的關鍵技術之一.如何提高光子晶體器件與介質(zhì)脊型波導之間的耦合效率,尋求兩種波導不同傳播機理的匹配,以便實現(xiàn)平面光波器件的低損耗和緊湊化,是十分重要的課題.本文首先從Maxwell方程組出發(fā),系統(tǒng)分析光子晶體中的本征模,討論了光子晶體中產(chǎn)生帶隙的原理,給出了求解帶隙的算法——平面波展開法(PWE).為了能夠?qū)庾泳w波導中傳輸光波

2、進行時域仿真,介紹了時域有限差分法(FDTD)以及PML邊界設置等問題.接著,本文利用PWE法深入研究了基于GaAs半導體材料二維光子晶體的特性,分析了與光子晶體帶隙相關的各種因素,如直徑/周期比,晶格結構,高折射率光子晶體還是低折射率光子晶體等.確定了本文所研究的二維光子晶體的各項參數(shù).在此基礎上,本文深入研究了光子晶體波導的特性,指出了光子晶體波導導波范圍,確定了光子晶體波導參數(shù).針對光子晶體波導與介質(zhì)脊型波導耦合問題,本文展開了基

3、于數(shù)值分析的仿真,指出平面介質(zhì)脊波導和光子晶體波導耦合主要存在的問題,提出了采用距離緩變的一維光子晶體波導結構實現(xiàn)光波從介質(zhì)脊波導模式到光子晶體傳播模式的轉(zhuǎn)變,以及利用光子晶體波導邊界緩變提高耦合效率.本文分別仿真了線性邊界光子晶體波導加距離緩變一維光子晶體波導與介質(zhì)脊波導的耦合結構和余弦邊界條件光子晶體波導加距離緩變一維光子晶體波導與介質(zhì)脊波導的耦合結構.還對余弦邊界條件光子晶體波導的開口距離作了分析,獲得了最佳的開口大小.最后,本文