遺傳算法在光子晶體優(yōu)化設(shè)計中的應(yīng)用.pdf

1、光子晶體波導(dǎo)(Photonic Crystal Wavcguidc,PCW)是構(gòu)成下一代光通信器件的關(guān)鍵技術(shù)。但是由于PCW與脊波導(dǎo)間模式失配和幾何尺寸失配,大大增加了光波的插入損耗,是PCW器件實用化的主要難題之一。本文從提高耦合效率角度出發(fā),分別探究PCW、脊波導(dǎo)的模式特性、傳輸特性以及兩者之間耦合匹配方式,以便實現(xiàn)低損耗、緊湊型PCW平面光波光路器件。 本文首先介紹了光子晶體基本概念,討論了PCW與脊波導(dǎo)耦合問題。指出邊界

2、結(jié)構(gòu)是耦合問題的關(guān)鍵,邊界參數(shù)的設(shè)定極大影響了耦合時的光透射率。提出了基于時域有限差分的混合式遺傳算法(FDTD-GA-MC),以便優(yōu)化邊界結(jié)構(gòu)參數(shù),同時對不同參數(shù)下的情況進行模擬分析。 接著,本文提出prony和pade算法相結(jié)合的頻譜分析法,考慮到計算效率及算法特點,采用matlab和fortran兩種語言編寫了計算程序。與快速傅立葉變換(FFT)對比,進行了數(shù)值分析,驗證該算法的有效性。針對四方晶格PCW和六角晶格PCW兩

3、種情況,提出了采用非線性邊界的緩變結(jié)構(gòu)模型。 在此基礎(chǔ)上,本文確定了PCW與脊波導(dǎo)耦合邊界結(jié)構(gòu)參數(shù),基于以上算法進行優(yōu)化設(shè)計,采用余弦型邊界結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了光波從脊波導(dǎo)模式到PCW模式的轉(zhuǎn)變,提高了耦合效率。對于四方晶格PCW,以開口寬度為優(yōu)化參數(shù),分別仿真優(yōu)化出耦合部分帶/不帶端面的脊波導(dǎo)與PCW耦合情況。對于六角晶格PCW,以開口寬度為優(yōu)化參數(shù),仿真優(yōu)化出對光透射率的影響；從而仿真優(yōu)化出波導(dǎo)通道單點缺陷位置和幾何尺寸對透射率的影響