狹縫波導的偏振轉換特性研究.pdf

1、狹縫波導是未來全光通訊領域中構成光子光路的一種極具潛力的微納器件。基于狹縫波導的微納光學器件由于其對光束具有強局域、高強度等特點，而在光學非線性效應、全光開關、光調制以及光學信號處理等領域具有豐富的應用前景?？紤]到狹縫波導本身對模式的偏振方向是敏感的，以及光子光路對極化分集的需求，因此一種能夠轉換偏振模式的偏振轉換器件將是全光通訊領域內必不可少的重要器件。
　　本文提出了三種基于狹縫波導的偏振轉換器結構。使用模式演化理論推導了偏振

2、模在線性偏振轉換器中的模式旋轉機制；在線性偏振轉換器中引入非線型幾何構型并且對實現(xiàn)了具有超小尺寸的偏振轉換器。在能夠同時傳輸正交偏振模式的交叉狹縫波導中，通過在不同層狹縫間引入對稱性偏折而使構造了基于交叉狹縫波導的偏振轉換器。在偏振轉換器直線構型的基礎上引入了微環(huán)結構，研究了在帶有位錯的雙諧振環(huán)結構中的偏振模式演化，構造了光束角向傳播的微環(huán)偏振轉換器，從而實現(xiàn)了超微環(huán)形偏振轉換器。我們使用時域有限差分方法，通過數(shù)值模擬對偏振光束在上述的

3、偏振轉換器件中的傳播特性進行了分析。
　　首先，本文提出了具有非線型幾何構型的狹縫波導偏振轉換器。通過使用模式演化理論對線性偏振轉換器的分析，研究了偏振模式在偏振轉換過程中的非完美耦合的耦合特性。提出了通過構造非線型幾何構型提高原有非完美耦合的偏振模式轉換效率，利用慢變模式耦合理論的理論對上述非線型偏振轉換器進行了解釋。并引入了升余弦函數(shù)作為偏振耦合器的非線型幾何構型，并對升余弦參數(shù)進行優(yōu)化，從而構造了具有超小尺寸的非線型偏振轉換

4、器。
　　其次，針對集成光子光路的多信道傳輸特性，提出了一種適用于極化分集的交叉狹縫波導偏振轉換器。利用狹縫波導高能量束縛的特點，以交叉狹縫結構為基礎構造偏振轉換器。提出了通過交錯的雙狹縫結構提高系統(tǒng)扭曲度，從而提高偏振轉換的轉化率的新型交叉狹縫波導偏振轉換器。利用非線型耦合的模式演化理論對交叉狹縫的設計進行了分析，通過非線型方案對交叉狹縫結構進行了優(yōu)化，實現(xiàn)了同時具有高轉換效率和高能量束縛等特性的交叉狹縫波導偏振轉換器。

5、　　最后，本文提出了一種基于環(huán)形諧振腔的微環(huán)偏振轉換器。引入了由雙諧振環(huán)垂直堆疊所構成的雙環(huán)狹縫波導諧振腔。從理論上對雙諧振環(huán)存在位錯時的偏振模式耦合特性進行了分析，提出了利用雙波導諧振環(huán)構建具有偏振模轉換功能的偏振轉換器的設計。分析了微環(huán)諧振的諧振腔模式，以及狹縫波導的結構參數(shù)對偏振轉換的影響。創(chuàng)造性的將傳統(tǒng)的線性偏振轉換結構放入諧振微環(huán)中，通過偏振光束的角向傳播過程完成了偏振模式間的能量轉移，不但極大的縮小了偏振轉換器件的尺寸，而且