新型二維光子晶體自準(zhǔn)直濾波器的設(shè)計(jì)與數(shù)值模擬.pdf

1、光子晶體因其色散關(guān)系的多樣性，能夠在與工作波長(zhǎng)可比擬的尺度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)光傳輸?shù)亩鄻涌刂?，因此光子晶體器件有望在未來(lái)的集成光路(即光子芯片)獲得重要應(yīng)用。在過(guò)去十幾年，基于光子晶體的微米尺度光器件已成為一個(gè)國(guó)際研究熱點(diǎn)。 本論文利用平面波展開(kāi)法和時(shí)域有限差分法進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，利用光子晶體所特有的光束自準(zhǔn)直現(xiàn)象，圍繞自準(zhǔn)直光束干涉效應(yīng)這一國(guó)際前沿課題，提出和設(shè)計(jì)了幾種新型二維光子晶體濾波器。主要研究工作和成果如下： 1.設(shè)計(jì)分

2、析了兩種基本類(lèi)型的光子晶體(介質(zhì)圓柱和空氣圓孔)中的自準(zhǔn)直光束全反射器和分束器。全反射器有兩種構(gòu)成方式：利用光子晶體禁帶以及空氣邊界來(lái)全反射；分束器利用空氣溝或者利用線缺陷來(lái)完成。通過(guò)這些器件能夠靈活控制光束直角轉(zhuǎn)彎和1：1比率的分束。 2.運(yùn)用自準(zhǔn)直光束之間的干涉原理，設(shè)計(jì)了光子晶體自準(zhǔn)直Mach-Zehnder(MZ)干涉儀。主要包括介質(zhì)圓柱和空氣圓孔兩種類(lèi)型，系統(tǒng)研究了它們的濾波特性。在自準(zhǔn)直頻率范圍內(nèi)，兩個(gè)輸出端口的透射

3、譜均呈正弦形且互補(bǔ)，透射峰隨著兩干涉臂的光程差增加而向低頻移動(dòng)。一組等頻率間隔的自準(zhǔn)直光束可經(jīng)MZ干涉儀濾波為兩組頻率間隔倍增的光束?？捎糜诠庾有酒ǚ纸鈴?fù)用器或interleaver。 3.利用自準(zhǔn)直光束垂直相交無(wú)串?dāng)_的特性，設(shè)計(jì)了折疊式MZ干涉儀。系統(tǒng)研究了它的特性。這個(gè)結(jié)構(gòu)不僅有上述MZ干涉儀的性質(zhì)，而且其光出口和入口在同一側(cè)，為將來(lái)器件的使用方便創(chuàng)造了有利條件，同時(shí)有效地減小了器件尺寸。 4.通過(guò)在光子晶體中加液

4、晶設(shè)計(jì)了可調(diào)MZ干涉儀，系統(tǒng)研究了它們的濾波特性，透射峰隨著液晶的有效折射率neff增加而向低頻移動(dòng)，最大透射峰調(diào)節(jié)范圍大于相鄰?fù)干浞彘g距。此干涉儀可用于可調(diào)式的波分解復(fù)用器或interleaver。 5.設(shè)計(jì)了基于自準(zhǔn)直干涉效應(yīng)的兩種類(lèi)型光子晶體(介質(zhì)圓柱和空氣圓孔1Michelson干涉儀并系統(tǒng)分析了其濾波特性。透射峰隨兩干涉臂的光程差增加而向低頻移動(dòng)，當(dāng)一系列等頻率間隔的自準(zhǔn)直光束同時(shí)入射進(jìn)被Michelson干涉儀分成從