二维光子晶体带隙与慢光特性研究及结构优化设计.pdf

姥宦印宦大譬博士研究生学位论文题目:三维当王晶笠董隍皇丝光挂:眭硒究区结构佐丝遮让鱼龌电磁扬量邀这撞盔纪越蜂熬援信息皇通信王猩堂院密级:保密期限:号:名:业:师:院:年学姓专导隳玅圣
,一琠壤罐,。
\\渊黜瓻.,.瓺
唬氏,§≮,尽鰈镒裕哮,踛!ⅰ7龋!危巴气’:誓女￥,.器毋幻
么肓保密论文注释:本学位论文属于保密在——年解密后适用本授权书。非保密《如』里:里:关于论文使用授权的说明申请学位论文与资料若有不实之处,本人承担一切相关责任。本人签名:学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定,即:研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘,允许学位论文被查阅和借阅;学校可以公布学位论文的全部或部分内容,可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。C艿难宦畚脑诮饷芎笞袷卮斯娑论文注释:本学位论文不属于保密范围,适用本授权书。导师签名:日期:~,.,
●五一;¨一≯
二维光子晶体带隙与慢光特性研究及结构优化设计摘要随着光通信的发展,光器件的小型化和易于控制性越来越成为人们追求的目标,这就对光通信器件的集成度要求越来越高,然而现有的光器件还无法满足这个需求。光子晶体的概念提出之后,其以独特的带隙和慢光性能使得设计具有更高集成度和更好性能的光通信器件成为可能。本文主要针对二维光子晶体带隙和慢光特性进行了研究,设计了具有更大绝对带隙的光子晶体和具有更小群速度的光子晶体慢光波导结平台,对制作的光子晶体波导慢光特性进行了测试。具体在以下几个方面展开工作并进行创新:攵匀殖<慕橹手峤孛娣直鹞U咝危叫魏驮残的二维光子晶体,提出了一种增大光子绝对带隙的方法。通过对介质柱截面形状进行变形,即在直角坐标系下,增大较虺ざ任T闯ざ鹊叮⒁栽阄V行男=嵌榷省Mü髡鸓和缈大小来降低其结构对称性,对其进行了大量的仿真分析,得到了具有更大的绝对带隙的光子晶体结构。改变结构之前最大绝对带隙率约为%,改变结构之后,对于三种介质柱三角晶格结构的光子晶体,最大绝对带隙率均能达到%以上,尤其对于正方柱三角晶格光子晶体,,为以后设计类似结构的大带隙光子晶体提供了一个重要参考。ü矫娌ㄕ箍7ㄖ械某惴ǘ怨庾泳逑呷毕莶ǖ冀峁沟慢光特性进行了研究。当缺陷柱半径小于光子晶体介质柱半径时,随着缺陷柱半径的增加,导模中心频率向低频移动,群速度也越来越小;当增大介质柱的介电常数时,导模有相同的变化规律。针对这种现象,本构,初步分析了慢光在全光缓存中的应用,并设计了光子晶体慢光实验北京邮电大学博士学位论文命
论文从介电常数在平面波展开法中的作用出发进行了探讨。然后研究了缺陷柱位置对导模慢光的影响,通过上下平移缺陷柱,得到具有更好线性的导模,此时群速度曲线相对平坦,色散值也更小。最后得到结论:整缺陷柱上下平移的距离则能达到减小慢光群速度色散特性的目的。ü谋淙毕萸坏慕峁梗芯苛硕庾泳羼詈锨徊ǖ悸的变化情况,得到了具有极小慢光群速度的光子晶体耦合腔波导结构。首先对普通结构光子晶体馓匦越辛思扑悖孀徘患渚嗬氲脑大,腔间耦合系数越小,穆馊核俣仍嚼丛叫。换辜扑懔烁谋淦通结构的微腔中心缺陷柱半径后的庵担玫降ザ兰跣∥⑶蝗毕柱尺寸并不能得到更小的慢光值的结论。定义慢光因子为导模最大群速度与真空中光速的比值,然后通过改变微腔中心缺陷柱和周围四个缺陷柱半径的方法设计新型结构的谥行娜毕葜刖段A愕那榭鱿碌到慢光因子最小值为。唤行娜毕葜叽缬跋炜悸墙ブ螅通过调整周围四个缺陷柱,得到最小慢光因子为獯笤际嵌应普通缺陷腔结构慢光因子的A硗猓惫潭ㄖ芪母鋈毕葜刖在某些范围内时,慢光因子随中心缺陷柱半径的变化很小,而且慢光因子值也很小。结合光子晶体的制作可知,这种结构在制作中对精度要求可以相对降低很多,从而具有很好的应用价值。岷下饣捍娴挠τ茫ü羰糠ㄔ斫樯芰薈结构对应的慢光缓存参数计算方法,对耦合腔波导的比特长度和缓存容量等进行计算分析,看到饣捍嬷醒映偈奔浜突捍嫒萘渴窍嗷ブ圃嫉模即腔间距的增大,一方面使得耦合系数增大,从而减小了群速度,另一方面却使得导模带宽变小且比特长度增加,从而减小了缓存容量。通过对不同结构进行计算,在墓庾泳錍长度上实现了延迟,,对于饨峁梗蔽⑶患渚嘟闲∈保低尘有较小的比特长度,从而缓存容量较大,此时对于慢光缓存具有较大的应用价值;而当微腔间距较大时,系统具有较大的比特长度,此时虽然缺陷柱的大小和介电常数的变化更多的是影响导模的慢光值,而通过调的和摘要北京邮电大学博士学位论文一
缓存容量较小,却具有更小的慢光群速度,使得慢光时延较大,这种结构更适合用于对光与物质之间作用时间要求较长的非线