光子晶體功能器件的設計與仿真.pdf

1、光子晶體是一種介電常數(shù)周期性排列的人工介質(zhì)，它最基本的特征是具有光子帶隙，因而能像半導體控制電子一樣控制光子的運動。作為未來集成光路的基礎材料，光子晶體在光集成、光信息傳輸?shù)阮I域具有十分廣闊的應用前景，探索和開發(fā)光子晶體新型功能器件已經(jīng)成為光學領域的研究熱點。本文即從光子晶體功能器件的理論設計開始切入光子晶體的研究領域。 本文以平面波展開法(PWM法)、時域有限差分法(FDTD法)以及介質(zhì)波導定向耦合理論為基礎，設計了一個四端口

2、的光子晶體多路選擇器，實現(xiàn)了將三種不同頻率的光在通過光子晶體后分別從三個端口輸出，并且能量損耗很小；同時還實現(xiàn)了利用光子晶體耦合器的耦合長度來計算光波傳輸?shù)娜核俣龋@一方法可以運用到研究光子晶體光纖的材料色散中。 我們將負折射材料運用到一維光子晶體中，通過理論分析和仿真結(jié)果得到光子晶體的反射譜的高反射帶帶寬增大，邊緣地區(qū)單調(diào)變化，不存在普通光子晶體反射譜中的梳狀旁通帶，且兩反射帶之間的透射區(qū)變得狹窄。討論了光學厚度和周期數(shù)對于該

3、負折射光子晶體透射帶的影響：等光學厚度的情況下其透射帶具有周期性，且隨著周期的增加，高反射帶帶寬增大，邊緣地區(qū)單調(diào)變化更加迅速，兩反射帶之間的透射區(qū)隨之變得狹窄。 基于負折射材料和非線性材料的性質(zhì)——光強的改變會導致其折射率發(fā)生變化，從而影響光在光子晶體中的傳播，使光子晶體的帶隙發(fā)生移動——我們設計了一種等光學厚度的一維非線性負折射光子晶體光開關，響應時間在10-14數(shù)量級。又將非線性材料運用到二維光子晶體中，即在普通二維光子晶