光子晶體能帶與缺陷結構光子器件研究.pdf

1、光子晶體是由不同介電常數(shù)材料呈周期性分布的人工微納結構。它具有獨特的控制光子的能力，不僅出現(xiàn)了許多新奇的物理現(xiàn)象，如負折射、自準直、慢光效應，還可以設計實現(xiàn)光子晶體光纖、波分復用器、光開關、模式轉換器、功率分配器、激光器等光子器件。在本論文中，我們深入挖掘光子晶體能帶和缺陷結構的獨特性質，并探究了光子晶體缺陷結構在光子器件方面的若干應用。
　　首先，我們采用平面波展開法，系統(tǒng)研究了銅幣形空氣孔二維三角晶格光子晶體的完全帶隙隨結構參

2、數(shù)變化而改變的規(guī)律。研究表明:銅幣形散射子結合了兩種類型的光子晶體（空氣孔型和介質柱型）有利于獲得更寬的完全帶隙，該光子晶體大完全帶隙對制備工藝上可能引起的材料摻雜和空氣孔半徑的偏離具有一定的穩(wěn)定性。通過對參數(shù)的分組優(yōu)化，發(fā)現(xiàn)在ε=22.75，R=0.483 um，d=0.195 um，ψ=90°，G=1.3時，完全帶隙的寬度獲得最大值0.1361（△ωa/2πc），帶隙率為33.55％。
　　接下來，我們研究了三端口光子晶體濾波

3、器需要滿足的品質因子比值條件和相位條件，以及提高品質因子特性的幾種方法，設計了兩款高性能的光子晶體濾波器。
　　在前文三端口濾波器研究的基礎上，我們利用二維正方晶格介質柱型光子晶體(PC)，設計了一款新穎的多信道下路濾波器，該濾波器主要由四個線性漸變型微腔和異質結構光子晶體反射器組成。利用平面波展開法(PWE)以及二維時域有限差分法(2D-FDTD)，分析了該異質結構濾波器的工作機制，并進一步探究了微腔參考面與異質結界面之間距離d

4、對下路效率的影響。研究表明，該異質結反射器可以實現(xiàn)接近100％的反射，大幅度地提高了三端口濾波器的濾波效率。所設計的多信道濾波器各個通道都能有效地實現(xiàn)下路濾波功能，信道間隔10 nm，濾波效率都在90％以上，透射譜半高寬都在0.54 nm以下，達到較高的品質因子特性。該濾波器尺寸大小只有15.15μm×13.91μm，且濾波效率高，對未來光路集成具有好的應用前景。
　　我們還研究了光子晶體的偏振無關波導，證實了在三角晶格空氣孔光子