光子晶體在慢光器件中的應用基礎研究.pdf

1、慢光技術存在多種實際應用價值。傳統(tǒng)的慢光技術主要基于材料色散，它對實驗條件要求十分苛刻，而利用光子晶體波導所實現(xiàn)的慢光技術具有許多無可比擬的優(yōu)勢。本學位論文針對光子晶體波導中的慢光現(xiàn)象展開研究，提出了三種基于光子晶體波導的慢光解決方案。本文完成的工作有以下幾個方面：
　　1.設計了一種新型的二維光子晶體零色散型慢光波導，研究了其對TE傳輸模式的導波特性。通過在完整晶格中引入方形孔線缺陷構成了波導結構，利用方形孔對光脈沖的背向散射來

2、形成慢光效應；為了得到直且平坦的色散特性曲線，研究了方形孔徑對器件慢光特性的影響，進而優(yōu)化了器件結構，實現(xiàn)了理想的慢光效果，在中心波長1550nm處得到了慢光因子為65，帶寬為8nm的慢光；進一步分析了該結構的色散，得到了小于104量級的群速度色散(GVD)；采用時域有限差分法(FDTD)進行驗證，發(fā)現(xiàn)脈沖在波導中傳輸后產(chǎn)生了明顯的時間延遲，通過慢光波導后光脈沖產(chǎn)生的形變僅為5.2％。
　　2.研究了光子晶體耦合波導的慢光特性，設

3、計出了一新型的慢光耦合波導。通過在三角晶格中引入兩線缺陷構成了耦合型波導，該波導結構簡化了制作工藝，與傳統(tǒng)的耦合波導相比只需要進行兩個結構參數(shù)的優(yōu)化便獲得了平坦的“S狀”能帶；該波導的群折射率頻率分布成高斯線性，極值處群折射率達到了3823，進一步利用波導寬度啁啾實現(xiàn)了較好的色散補償；利用脈沖驗證，并且通過與不進行色散補償?shù)牟▽ЫY構進行對比，證實了通過色散補償該耦合波導可以達到較好的慢光效果，最終實現(xiàn)的慢光因子為28，帶寬達到13.24

4、nm的慢光。FDTD算法表明該波導具有較小的傳輸損耗，其耦合效率達到了90%，這對其應用于光通信系統(tǒng)存在較大意義。
　　3.為了減小工藝制作的難度，簡化慢光波導結構，研究了一維光子晶體光柵的慢光特性，設計出了一新型的慢光波導光柵結構，通過進一步優(yōu)化結構參數(shù)，得到了理想的具有拐點的平坦的“S狀”能帶結構，在能帶的平坦區(qū)域?qū)崿F(xiàn)了高達7023的群折射率；進一步地利用了麥克斯韋方程的標度不變性，通過對器件所有結構參數(shù)以同比例進行縮放來實現(xiàn)