三維光子晶體中集成器件的設(shè)計(jì)與模擬.pdf

1、與一維、二維光子晶體相比較，三維光子晶體具有完全帶隙，可以在三維立體空間中實(shí)現(xiàn)對(duì)光的多方向，可控制傳輸。3D光子晶體的這一特性，對(duì)于實(shí)現(xiàn)光學(xué)器件的集成化設(shè)計(jì)具有重要的應(yīng)用價(jià)值。本文采用時(shí)域有限差分方法(FDTD)對(duì)woodpile結(jié)構(gòu)中空間多向傳輸?shù)那磺获詈喜▽?dǎo)、定向耦合器耦合長(zhǎng)度的調(diào)節(jié)及介電常數(shù)非對(duì)稱分布的空間選頻器進(jìn)行了理論模擬。
　　首先，對(duì)woodpile結(jié)構(gòu)中任意彎曲波導(dǎo)和腔腔耦合的平面和非平面波導(dǎo)傳輸特性進(jìn)行了詳細(xì)地分

2、析和研究。首先設(shè)計(jì)了平面內(nèi)的腔腔耦合波導(dǎo)和任意彎曲的C型和Z型波導(dǎo)，模擬了傳輸端的傳輸特性，結(jié)果表明該結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)平面內(nèi)光的可控制傳輸。接著設(shè)計(jì)了包含多方向傳輸?shù)姆瞧矫娴那磺获詈喜▽?dǎo)，研究結(jié)果表明，該腔腔耦合波導(dǎo)實(shí)現(xiàn)了立體空間多方向同時(shí)傳輸?shù)奶匦?，從而?shí)現(xiàn)光在三維立體空間中的可控制傳輸。
　　接著，利用woodpile結(jié)構(gòu)的立體特性，詳細(xì)研究了定向耦合器耦合長(zhǎng)度的調(diào)節(jié)問題。其一，考慮改變立體空間中及輸入波導(dǎo)周圍介質(zhì)柱寬度改變對(duì)耦合

3、長(zhǎng)度的影響，結(jié)果表明改變耦合區(qū)域的柱子寬度，可以有效縮短耦合長(zhǎng)度;其二，將耦合區(qū)的兩根柱子同時(shí)沿相反的方向移動(dòng)，減小耦合區(qū)空間介電常數(shù)的分布，研究結(jié)果表明該方法可以獲得小于3a的耦合長(zhǎng)度。
　　最后，對(duì)woodpile結(jié)構(gòu)中介電常數(shù)對(duì)稱型分布微腔與非對(duì)稱型微腔及其構(gòu)成選頻器的傳輸特性進(jìn)行了詳細(xì)的研究。研究結(jié)果表明:非對(duì)稱型微腔可以有效控制各端口的輸出頻率。當(dāng)進(jìn)一步提高其非對(duì)稱性時(shí)，通過不斷旋轉(zhuǎn)微腔與傳輸波導(dǎo)之間的夾角，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)輸