基于光子晶體的濾波器設計與優(yōu)化.pdf

1、光子晶體是一種介質常數(shù)在空間周期性變化的結構，由于這種介質結構中存在光子禁帶，所以處于禁帶波段的電磁波不能在其中傳播。光子晶體光器件的結構緊湊性，以及其在未來光集成芯片和全光通信網絡中具有巨大的應用前景，使得相關研究引起了廣泛關注并成為目前光通信領域研究的前沿。光濾波器在波分復用光通信系統(tǒng)中是處理特定信道或者多個信道信號的關鍵器件，所以基于光子晶體結構的光濾波器設計也成為重要的研究工作。論文針對光子晶體反射濾波器設計做了深入的理論分析和

2、仿真實驗。論文主要工作如下： 論文根據時域耦合模理論導出了一種傳遞矩陣法。利用該方法，論文分析了周期性直接耦合諧振腔結構以及周期性側邊耦合諧振腔結構，并討論了濾波器的相位響應特性。 論文首次在周期性側邊耦合光子晶體諧振腔結構中引入啁啾以及切趾技術對反射譜中旁瓣的抑制進行了分析。通過線性方法或者對稱的方法將啁啾引入到周期性側邊耦合光子晶體諧振腔結構中，可以成功抑制或者消除反射譜中的旁瓣。但是啁啾的引入增加了反射譜的帶寬，理

3、論分析表明啁啾系統(tǒng)反射峰寬度是原反射峰寬度的兩倍甚至更寬。而切趾技術是通過調制側邊耦合諧振腔與光子晶體波導間的耦合系數(shù)來實現(xiàn)對反射譜中旁瓣的抑制作用。理論分析表明，對包含五個諧振腔的濾波器，上述方法可以在其反射譜的第一個旁瓣位置減小反射強度最大約25dB。此外，論文使用時域有限差分法驗證了上述理論分析的有效性。 論文使用導出的傳遞矩陣法對周期性側邊耦合光子晶體諧振腔反射濾波器的相位響應進行了分析，討論了其對高斯脈沖輸入信號時域波

4、形的影響。分析結果表明在對周期性側邊耦合光子晶體諧振腔反射濾波器反射譜進行旁瓣抑制的同時，必須考慮優(yōu)化過程中濾波器的相位響應。對包含五個諧振腔的濾波器，當高斯taper函數(shù)的參數(shù)G達到0.3時，將引起嚴重的符號間干擾。而當參數(shù)G小于0.2時，輸出高斯脈沖能夠保持時域波形不變。 最后論文使用等離子體色散效應對硅基側邊耦合光子晶體諧振腔濾波器的調諧實驗基礎理論做了初步分析。結果表明，當諧振腔諧振頻率為193.5THz，諧振腔中心介質