光子晶體波導(dǎo)特性及其功能型器件研究.pdf

1、光子晶體波導(dǎo)，其工作頻率可以覆蓋任何波段，具有與工作波長(zhǎng)相當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)大小，同時(shí)在光波段具有帶寬寬、波束窄等優(yōu)點(diǎn)。在光通信中光學(xué)集成功能型器件的設(shè)計(jì)方面具有廣泛的應(yīng)用。因此對(duì)于光子晶體波導(dǎo)缺陷模式的色散特性和其在光學(xué)集成中功能型器件的設(shè)計(jì)研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本論文從研究二維光子晶體波導(dǎo)缺陷模式的色散特性及其應(yīng)用研究著手，并在此基礎(chǔ)上深入研究了平板光子晶體波導(dǎo)缺陷模式的色散特性，為未來(lái)光子晶體波導(dǎo)在光學(xué)集成中應(yīng)用研究提供理論依據(jù)。主要工作

2、和創(chuàng)新點(diǎn)如下：
　　一、利用平面波展開法研究了不同結(jié)構(gòu)二維光子晶體色散及帶隙特性，同時(shí)分析了二維光子晶體點(diǎn)缺陷的Q值、缺陷頻率與缺陷半徑的關(guān)系；研究了二維光子晶體線缺陷波導(dǎo)缺陷模式的色散關(guān)系及雙點(diǎn)缺陷波導(dǎo)的傳輸特性。設(shè)計(jì)了光子晶體帶反饋結(jié)構(gòu)的下載通道窄帶濾波器，當(dāng)雙點(diǎn)缺陷的反饋結(jié)構(gòu)與下載結(jié)構(gòu)之間的相位差為奇數(shù)個(gè)?時(shí)，可以通過設(shè)計(jì)主波導(dǎo)及下載波導(dǎo)和下載微腔之間的Q值比例來(lái)達(dá)到100％的下載效率。
　　二、研究了耦合缺陷波導(dǎo)的色

3、散關(guān)系，考慮到耦合缺陷之間的相互作用只發(fā)生在相鄰缺陷，利用束縛理論擬合了耦合缺陷波導(dǎo)傳輸模式的色散曲線。利用擬合公式得到群速度、群速度延遲、色散、色散梯度的理論模型。利用有限時(shí)域差分法研究了耦合缺陷直波導(dǎo)和彎曲波導(dǎo)的傳輸特性，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了3dB耦合缺陷波導(dǎo)分束器?；隈詈先毕莶▽?dǎo)的慢波效應(yīng)，即低群速度，利用這一特性設(shè)計(jì)了光子晶體耦合缺陷波導(dǎo)方向耦合器，由于光與物質(zhì)具有強(qiáng)相互作用可以大大減小耦合器件的尺寸，相對(duì)于光子晶體線缺陷方向耦合

4、器的設(shè)計(jì)，這里引入了耦合缺陷處介質(zhì)柱半徑作為設(shè)計(jì)的可變參數(shù)，這樣使得基于光子晶體耦合缺陷波導(dǎo)設(shè)計(jì)方向耦合器更具靈活性。通過優(yōu)化參數(shù)，與線缺陷波導(dǎo)光子晶體方向耦合器比較，耦合長(zhǎng)度減小了2/3，且消光比為-36.08dB。
　　三、首先，利用平面波展開法研究了二維光子晶體的三維能帶圖和等頻線，從等頻線得到最大平坦半寬和歸一化中心頻率的關(guān)系。分析了最大平坦半寬與填充率Pf、介質(zhì)常數(shù)比?b?a之間的關(guān)系；其次，對(duì)平面波展開法中介質(zhì)方程做了

5、修正，研究了二維空氣環(huán)型光子晶體的自準(zhǔn)直效應(yīng)與內(nèi)外環(huán)半徑的關(guān)系；最后，基于空氣環(huán)型光子晶體自準(zhǔn)直效應(yīng)，研究了虛波導(dǎo)的傳輸特性，取基底空氣環(huán)型光子晶體結(jié)構(gòu)參數(shù)R?0.3a,r?0.3R，光子晶體輸入與輸出界面結(jié)構(gòu)參數(shù)R??0.4R， r??0.48r,當(dāng)歸一化中心頻率??0.270時(shí)，最大傳輸系數(shù)為94.86%。
　　四、為了能夠?qū)⒐庾泳w應(yīng)用于實(shí)際光學(xué)集成系統(tǒng)，利用超晶格平面波展開法研究了平板光子晶體色散關(guān)系。通過分析平板光子晶體