光子晶體低色散波導(dǎo)的研究.pdf

1、介電常數(shù)周期性排列的人工微結(jié)構(gòu)—光子晶體能夠利用其獨(dú)特的能帶結(jié)構(gòu)有效的控制光在空間中的傳輸。慢光效應(yīng)正是光子晶體控光特性的力證。受周期性散射元的強(qiáng)烈調(diào)制，光子晶體波導(dǎo)中的光信號(hào)不僅實(shí)現(xiàn)了慢光模式傳輸，同時(shí)也產(chǎn)生了強(qiáng)烈的群速度色散，導(dǎo)致慢光模式下的光信號(hào)發(fā)生明顯的波形畸變和脈寬展寬，信號(hào)中加載的信息無(wú)法得到正確的辨識(shí)。綜上所述，降低甚至消除慢光傳輸過(guò)程中強(qiáng)烈的群速度色散對(duì)未來(lái)光子晶體在全光網(wǎng)絡(luò)中的實(shí)際應(yīng)用意義重大。
　　針對(duì)上述問(wèn)題

2、，本論文的主要工作安排及研究成果如下：
　　1．首先詳細(xì)的闡述了光子晶體能帶分析和時(shí)域仿真中應(yīng)用的核心算法：平面波拓展法和時(shí)域有限差分法。在理解核心算法的基礎(chǔ)上進(jìn)一步分析了光子晶體波導(dǎo)中三個(gè)重要晶格參數(shù)——有效折射率、空氣孔半徑及空氣孔位置對(duì)能帶結(jié)構(gòu)的影響，詳細(xì)分析了有效折射率的增大，空氣孔半徑的變化及其位置的外移對(duì)能帶結(jié)構(gòu)的影響。
　　2．首先介紹了異質(zhì)結(jié)型（PN）光子晶體低色散波導(dǎo)的定義及其色散補(bǔ)償原理。然后分別分析了P

3、（Positive）型光子晶體波導(dǎo)的色散特性和N（Negative）型光子晶體波導(dǎo)的色散特性，研究表明隨著第二排空氣孔半徑的變化，不僅色散曲線形態(tài)發(fā)生改變，截止頻率也會(huì)隨著空氣孔半徑的變化而變化。通過(guò)分析它們的色散特性確定色散補(bǔ)償?shù)姆秶鸀?547.6nm-1552.5nm，且等效群速度為25。最后通過(guò)時(shí)域仿真驗(yàn)證了異質(zhì)結(jié)型光子晶體波導(dǎo)的低色散特性，輸出脈沖僅產(chǎn)生5.3％的展寬，且群速度理論值與仿真驗(yàn)證值基本一致。針對(duì)直接耦合型異質(zhì)結(jié)光子

4、晶體低色散波導(dǎo)傳輸效率低的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了PLN型光子晶體低色散波導(dǎo)，通過(guò)添加線性段緩解群折射率失配從而明顯提高耦合傳輸效率，傳輸系數(shù)提高了63.2%。
　　3．歸納總結(jié)了現(xiàn)有文獻(xiàn)資料所提供的線性光子晶體低色散波導(dǎo)設(shè)計(jì)方法，分別是改變散射元半徑，調(diào)整散射元形態(tài)，調(diào)節(jié)散射元位置和控制波導(dǎo)寬度。在此基礎(chǔ)上提出新型線性光子晶體低色散波導(dǎo)設(shè)計(jì)方法，通過(guò)外移空氣孔及改變空氣孔半徑引入線性能帶。詳細(xì)的分析了空氣孔的平移距離與孔徑大小對(duì)能帶產(chǎn)生的影