光子晶體波導(dǎo)的耦合特性及其應(yīng)用研究.pdf

1、光子晶體作為一種具有周期性介電結(jié)構(gòu)的人工材料，由于具有光子帶隙的特性而引起廣泛關(guān)注。在完整光子晶體中引入線缺陷，形成光子晶體波導(dǎo)，可實(shí)現(xiàn)大拐彎處的低損耗甚至零損耗的能量傳輸?；诠庾泳w波導(dǎo)的各種光電器件，由于具有體積小，易于大規(guī)模光電集成等優(yōu)點(diǎn)而得到迅速發(fā)展。其中，光子晶體波導(dǎo)構(gòu)成的定向耦合器是光通信領(lǐng)域中的重要光學(xué)元件，可以用來(lái)制作多種光電器件。 本論文主要做了以下幾個(gè)方面的工作： 1.研究了二維三角晶格介質(zhì)柱光子晶

2、體中TM帶隙與介質(zhì)柱半徑的關(guān)系，及二維三角晶格空氣孔光子晶體TE帶隙與空氣孔半徑的關(guān)系。計(jì)算得到了TM模在介質(zhì)柱彎曲波導(dǎo)中的透射譜，及TE模在空氣孔彎曲波導(dǎo)和TM模在空氣孔直波導(dǎo)中的透射譜。為本論文中基于光子晶體波導(dǎo)的定向耦合型器件的設(shè)計(jì)提供了基礎(chǔ)。 2.在分析二平行光子晶體波導(dǎo)及三平光子晶體波導(dǎo)的耦合特性的基礎(chǔ)上，研究了耦合區(qū)結(jié)構(gòu)經(jīng)過(guò)微調(diào)后的波導(dǎo)間的耦合特性。結(jié)果表明：耦合區(qū)結(jié)構(gòu)的微調(diào)會(huì)改變各導(dǎo)模的干涉結(jié)果，從而引起光場(chǎng)在耦合

3、區(qū)的重新分布。 3.基于自映像理論，以五平行光子晶體波導(dǎo)和七平行光子晶體波導(dǎo)為例，研究了對(duì)稱入射條件下，多光子晶體波導(dǎo)間的耦合特性。提出了一種實(shí)現(xiàn)光子晶體波導(dǎo)定向耦合型多路光均分的新方法。僅僅通過(guò)對(duì)稱地改變耦合區(qū)中兩個(gè)介質(zhì)柱的有效折射率，使光場(chǎng)在橫向發(fā)生重新分布，實(shí)現(xiàn)了輸出能量的均分或自由分配。和已報(bào)道結(jié)果相比，此調(diào)制方法更為簡(jiǎn)單易行而且效率更高。在未來(lái)的集成光回路中具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。 4.提出了一種調(diào)制光子晶體波導(dǎo)定

4、向耦合型1×2分束器的輸出能量比的方法。通過(guò)非對(duì)稱地改變耦合區(qū)的一排介質(zhì)柱的折射率，可實(shí)現(xiàn)輸出能量比在一定范圍內(nèi)的自由調(diào)節(jié)，且分束器具有很高的總透射率。 5.將兩個(gè)二維空氣孔光子晶體波導(dǎo)平行放置，兩波導(dǎo)之間由三排空氣孔相隔，構(gòu)成一個(gè)定向耦合器。數(shù)值分析和模擬了TE(磁場(chǎng)平行于空氣孔)和TM(電場(chǎng)平行于空氣孔)偏振態(tài)光波在該系統(tǒng)中的傳播行為。結(jié)果顯示，減小耦合區(qū)兩波導(dǎo)間的一排空氣孔的半徑，TE模的耦合長(zhǎng)度減小，而TM模的耦合長(zhǎng)度不