光子晶體波導特性及其功能型器件研究.pdf

1、光子晶體波導，其工作頻率可以覆蓋任何波段，具有與工作波長相當?shù)慕Y構大小，同時在光波段具有帶寬寬、波束窄等優(yōu)點。在光通信中光學集成功能型器件的設計方面具有廣泛的應用。因此對于光子晶體波導缺陷模式的色散特性和其在光學集成中功能型器件的設計研究具有重要的現(xiàn)實意義。本論文從研究二維光子晶體波導缺陷模式的色散特性及其應用研究著手，并在此基礎上深入研究了平板光子晶體波導缺陷模式的色散特性，為未來光子晶體波導在光學集成中應用研究提供理論依據(jù)。主要工作

2、和創(chuàng)新點如下：
　　一、利用平面波展開法研究了不同結構二維光子晶體色散及帶隙特性，同時分析了二維光子晶體點缺陷的Q值、缺陷頻率與缺陷半徑的關系；研究了二維光子晶體線缺陷波導缺陷模式的色散關系及雙點缺陷波導的傳輸特性。設計了光子晶體帶反饋結構的下載通道窄帶濾波器，當雙點缺陷的反饋結構與下載結構之間的相位差為奇數(shù)個?時，可以通過設計主波導及下載波導和下載微腔之間的Q值比例來達到100％的下載效率。
　　二、研究了耦合缺陷波導的色

3、散關系，考慮到耦合缺陷之間的相互作用只發(fā)生在相鄰缺陷，利用束縛理論擬合了耦合缺陷波導傳輸模式的色散曲線。利用擬合公式得到群速度、群速度延遲、色散、色散梯度的理論模型。利用有限時域差分法研究了耦合缺陷直波導和彎曲波導的傳輸特性，在此基礎上設計了3dB耦合缺陷波導分束器?；隈詈先毕莶▽У穆ㄐ?，即低群速度，利用這一特性設計了光子晶體耦合缺陷波導方向耦合器，由于光與物質具有強相互作用可以大大減小耦合器件的尺寸，相對于光子晶體線缺陷方向耦合

4、器的設計，這里引入了耦合缺陷處介質柱半徑作為設計的可變參數(shù)，這樣使得基于光子晶體耦合缺陷波導設計方向耦合器更具靈活性。通過優(yōu)化參數(shù)，與線缺陷波導光子晶體方向耦合器比較，耦合長度減小了2/3，且消光比為-36.08dB。
　　三、首先，利用平面波展開法研究了二維光子晶體的三維能帶圖和等頻線，從等頻線得到最大平坦半寬和歸一化中心頻率的關系。分析了最大平坦半寬與填充率Pf、介質常數(shù)比?b?a之間的關系；其次，對平面波展開法中介質方程做了

5、修正，研究了二維空氣環(huán)型光子晶體的自準直效應與內外環(huán)半徑的關系；最后，基于空氣環(huán)型光子晶體自準直效應，研究了虛波導的傳輸特性，取基底空氣環(huán)型光子晶體結構參數(shù)R?0.3a,r?0.3R，光子晶體輸入與輸出界面結構參數(shù)R??0.4R， r??0.48r,當歸一化中心頻率??0.270時，最大傳輸系數(shù)為94.86%。
　　四、為了能夠將光子晶體應用于實際光學集成系統(tǒng)，利用超晶格平面波展開法研究了平板光子晶體色散關系。通過分析平板光子晶體