基于光子晶體的濾波器設(shè)計(jì)與優(yōu)化.pdf

1、光子晶體是一種介質(zhì)常數(shù)在空間周期性變化的結(jié)構(gòu)，由于這種介質(zhì)結(jié)構(gòu)中存在光子禁帶，所以處于禁帶波段的電磁波不能在其中傳播。光子晶體光器件的結(jié)構(gòu)緊湊性，以及其在未來(lái)光集成芯片和全光通信網(wǎng)絡(luò)中具有巨大的應(yīng)用前景，使得相關(guān)研究引起了廣泛關(guān)注并成為目前光通信領(lǐng)域研究的前沿。光濾波器在波分復(fù)用光通信系統(tǒng)中是處理特定信道或者多個(gè)信道信號(hào)的關(guān)鍵器件，所以基于光子晶體結(jié)構(gòu)的光濾波器設(shè)計(jì)也成為重要的研究工作。論文針對(duì)光子晶體反射濾波器設(shè)計(jì)做了深入的理論分析和

2、仿真實(shí)驗(yàn)。論文主要工作如下： 論文根據(jù)時(shí)域耦合模理論導(dǎo)出了一種傳遞矩陣法。利用該方法，論文分析了周期性直接耦合諧振腔結(jié)構(gòu)以及周期性側(cè)邊耦合諧振腔結(jié)構(gòu)，并討論了濾波器的相位響應(yīng)特性。 論文首次在周期性側(cè)邊耦合光子晶體諧振腔結(jié)構(gòu)中引入啁啾以及切趾技術(shù)對(duì)反射譜中旁瓣的抑制進(jìn)行了分析。通過(guò)線性方法或者對(duì)稱的方法將啁啾引入到周期性側(cè)邊耦合光子晶體諧振腔結(jié)構(gòu)中，可以成功抑制或者消除反射譜中的旁瓣。但是啁啾的引入增加了反射譜的帶寬，理

3、論分析表明啁啾系統(tǒng)反射峰寬度是原反射峰寬度的兩倍甚至更寬。而切趾技術(shù)是通過(guò)調(diào)制側(cè)邊耦合諧振腔與光子晶體波導(dǎo)間的耦合系數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)反射譜中旁瓣的抑制作用。理論分析表明，對(duì)包含五個(gè)諧振腔的濾波器，上述方法可以在其反射譜的第一個(gè)旁瓣位置減小反射強(qiáng)度最大約25dB。此外，論文使用時(shí)域有限差分法驗(yàn)證了上述理論分析的有效性。 論文使用導(dǎo)出的傳遞矩陣法對(duì)周期性側(cè)邊耦合光子晶體諧振腔反射濾波器的相位響應(yīng)進(jìn)行了分析，討論了其對(duì)高斯脈沖輸入信號(hào)時(shí)域波

4、形的影響。分析結(jié)果表明在對(duì)周期性側(cè)邊耦合光子晶體諧振腔反射濾波器反射譜進(jìn)行旁瓣抑制的同時(shí)，必須考慮優(yōu)化過(guò)程中濾波器的相位響應(yīng)。對(duì)包含五個(gè)諧振腔的濾波器，當(dāng)高斯taper函數(shù)的參數(shù)G達(dá)到0.3時(shí)，將引起嚴(yán)重的符號(hào)間干擾。而當(dāng)參數(shù)G小于0.2時(shí)，輸出高斯脈沖能夠保持時(shí)域波形不變。 最后論文使用等離子體色散效應(yīng)對(duì)硅基側(cè)邊耦合光子晶體諧振腔濾波器的調(diào)諧實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)理論做了初步分析。結(jié)果表明，當(dāng)諧振腔諧振頻率為193.5THz，諧振腔中心介質(zhì)