一維光子晶體可調(diào)諧光濾波器設計.pdf

1、波分復用技術的應用在提高光通信容量的同時，也對光網(wǎng)絡的監(jiān)測模塊提出更高的性能需求。用作波長分離的光網(wǎng)絡監(jiān)測模塊中的關鍵部件——濾波器，具備低吸收和高效率窄帶濾波特性成為必然要求;光子晶體可調(diào)諧濾波器能夠有效提高檢測精度、減小監(jiān)測模塊體積和降低光損耗?，F(xiàn)有的光子晶體可調(diào)諧濾波器研究主要是利用磁光、電光、熱光和光折變等效應調(diào)節(jié)光子禁帶中缺陷模頻率達到調(diào)諧濾波的目的，但存在調(diào)諧范圍小、調(diào)諧可控性差等問題，且這類調(diào)諧方式一般都需要借助校準層或調(diào)

2、整層用以給目標層施加外場實現(xiàn)可調(diào)，這無疑給實驗上的制備帶來了麻煩。
　　基于上述現(xiàn)有的光子晶體可調(diào)諧濾波器存在的局限性，本文提出在光子晶體中引入空氣腔，通過改變腔結(jié)構(gòu)和光波入射角度實現(xiàn)高效便捷濾波。具體的研究內(nèi)容及結(jié)果概括如下:
　　(1)基于平面波展開法和傳輸矩陣法，本文設計和模擬了結(jié)構(gòu)為(A/B)n/D/(A/B)n的光子晶體的能帶特性。通過改變?nèi)毕萸唤Y(jié)構(gòu)得到了空氣厚度可調(diào)的一維光子晶體濾波器，運用MATLAB程序分別計

3、算了可見光和近紅外波段內(nèi)空氣厚度對濾波特性的影響，其結(jié)果為:空氣厚度d3從0.2a增大到1.6a，可實現(xiàn)可見光波段單透射峰調(diào)諧范圍達220nm;當d3為1.7a時禁帶出現(xiàn)了雙峰，禁帶范圍也明顯拓寬，可見空氣厚度對導帶數(shù)目和禁帶寬度具有一定的調(diào)控性?？紤]色散的情況下，結(jié)構(gòu)周期數(shù)n取不同值，空氣層從372.3nm增加到394.3nm時均可實現(xiàn)近紅外通信C波段的連續(xù)可調(diào)濾波，且厚度變化與峰值位置的移動彼此呈線性調(diào)諧，同時移動過程中半高寬保持恒

4、定。
　　(2)利用不同的光入射角使得介質(zhì)層等效厚度不同設計了入射角度可調(diào)的光子晶體濾波器結(jié)構(gòu)，并模擬了角度對濾波特性的影響，其結(jié)果為:在可見光波段，隨著入射角度的增大，TM模式下的禁帶已經(jīng)覆蓋不了可見光，而TE模式下的禁帶始終包含可見光，實現(xiàn)了212nm的寬調(diào)諧范圍濾波。在近紅外通信波段，所設計的濾波器在入射角小于80°時兩種模式的光子禁帶始終能覆蓋通信波段。與TM模相比較，TE模式禁帶移動對角度不敏感，TM模式禁帶的移動受角度

5、變化影響較大，但透射峰的移動略相反，TE模式下的透射峰比TM模式的透射峰移動范圍寬;同時還研究了同一入射角下兩種模式的關系，發(fā)現(xiàn)若對普通光實現(xiàn)角度可調(diào)濾波，需要選擇較低周期數(shù)的光子晶體結(jié)構(gòu)和較小的入射角，角度可調(diào)更適用于偏振光的濾波。
　　(3)分析(CaF2/Si)n/Air/(CaF2/Si)n各層介質(zhì)膜厚誤差與相應缺陷態(tài)透射強度的關系可得:隨著周期數(shù)n從4增加至6，較高透射率分布范圍依次變窄，表明光子晶體的周期數(shù)越大，實驗上