基于2維光子晶體的光波導(dǎo)器件設(shè)計(jì)與仿真【開題報(bào)告】

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告通信工程通信工程基于基于2維光子晶體的光波導(dǎo)器件設(shè)計(jì)與仿真維光子晶體的光波導(dǎo)器件設(shè)計(jì)與仿真一、選題的意義與背景：自從1864年英國科學(xué)家麥克斯韋預(yù)言了電磁波的存在1887年德國科學(xué)家赫茲用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在之后，人類對電磁波的研究已深入各個(gè)領(lǐng)域，應(yīng)用非常廣泛。例如無線電波傳輸、光纖通信和移動(dòng)通信、雷達(dá)技術(shù)、微波、天線電磁成像等等。隨著電磁波理論在光通信領(lǐng)域的不斷應(yīng)用及對光傳輸材料的不斷研究，光子晶體概

2、念被提了出來。光子晶體是指具有光子帶隙（PhotonicBGap簡稱為PBG）特性的人造周期性電介質(zhì)結(jié)構(gòu)。自1987年Yablonovitch和John分別獨(dú)立提出光子晶體的概念以來，光子晶體的理論和實(shí)驗(yàn)研究以及相關(guān)應(yīng)用得到了迅速的發(fā)展。迄今為止，已有多種基于光子晶體的全新光子學(xué)器件被相繼提出，并且隨著半導(dǎo)體微加工技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，人們對這些器件開展了深入系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究。這些光子晶體光學(xué)器件使信息處理技術(shù)的“全光子化”和光子技術(shù)的“微型

3、化”與“集成化”。光子晶體成為光波導(dǎo)是集成光學(xué)重要的基礎(chǔ)性部件，它能將光波束在光波長量級尺寸的介質(zhì)中，長距離無輻射的傳輸。光子晶體波導(dǎo)是光子晶體研究中非常重要的一個(gè)方面，對于基于光子晶體的光集成、光通信及光傳感技術(shù)，光子晶體波導(dǎo)都是最基本的器件，也是開發(fā)和設(shè)計(jì)其他各種器件的基礎(chǔ)，由于三維光子晶體及波導(dǎo)的加工制作尚不成熟，對于光子晶體波導(dǎo)的研究主要集中二維光子晶體波導(dǎo)方面。平面波導(dǎo)器件又稱為光子集成器件。其技術(shù)核心是采用集成光學(xué)工藝根據(jù)功

4、能要求制成各種平面波導(dǎo)。目前主要的研究工作一方面是基于光子晶體波導(dǎo)的各種器件的設(shè)計(jì)制作，例如濾波器、分束器，耦合器以及波分復(fù)用器這些器件在尺寸上要比傳統(tǒng)集成光學(xué)器件小的多。另一方面是二維光子晶體波導(dǎo)用于慢光、光學(xué)非線性效應(yīng)及他們的應(yīng)用。本課題涉及的是二維光子晶體的光波導(dǎo)器件中的光束傳輸性質(zhì)是利用在光子晶體材料引入不同類型的缺陷(線缺陷和點(diǎn)缺陷)，當(dāng)它們集于一體時(shí)就形成了集成化的二維光子晶體器件。這種尺寸只有傳統(tǒng)光學(xué)器件幾千甚至幾萬分之一

5、大小的光子晶體集成三、研究的方法與技術(shù)路線：研究方法研究方法：本課題主要是以FDTD理論為基礎(chǔ)，采用商用軟件XFDTD6.5來對所設(shè)計(jì)的二維光子晶體T型波導(dǎo)進(jìn)行仿真，計(jì)算出電磁場分布及隨時(shí)間的變化，計(jì)算輸入輸出處的傳輸功率、器件傳輸效率等各種參數(shù)。技術(shù)路線：技術(shù)路線：1閱讀大量有關(guān)本課題算法的的有關(guān)文獻(xiàn)，如FDTD算法，光子晶體禁帶算法，邊界吸收條件等等。2了解XFDTD軟件功能，并能熟練使用3結(jié)合平面波展開法計(jì)算禁帶寬度在XFDTD軟

6、件設(shè)計(jì)畫出二維光子晶體的光波導(dǎo)器件并設(shè)置好吸收邊界條件。4通過XFDTD軟件仿真得到二維光子晶體的光波導(dǎo)器件中的光束傳輸。并獲取相關(guān)仿真參數(shù)（如輸入輸出處的EH場分布圖等）計(jì)算的到相應(yīng)的數(shù)據(jù)（如輸出功率、傳輸功率、透過率等）。5對仿真圖和數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，計(jì)算的到相應(yīng)的數(shù)據(jù)（如輸出功率、傳輸功率、透過率等）。6根據(jù)得到的相關(guān)數(shù)據(jù)對仿真器件進(jìn)行完善（如網(wǎng)格的單元尺寸、時(shí)間步的大小等參數(shù)，或者調(diào)節(jié)缺陷的結(jié)構(gòu)、大小控制缺陷能級在光子帶隙中的位置）