基于FDTD法的二维光子晶体传输特性研究.pdf

西南交通大学
硕士学位论文
基于FDTD法的二维光子晶体传输特性研究
姓名:徐小果
申请学位级别:硕士
专业:通信与信息系统
指导教师:潘炜
20090601
摘要上对麦克斯韦方程组差分形式求解,可以模拟从一维到三维任意几何形状介质柱为研究对象,模拟了光波在完整光子晶体和各种缺陷态光子晶体波西南交通大学硕士研究生学位论文第光子晶体是目前炙手可热的新型光学材料,它具有类似于半导体电子禁带的“光子带隙”和“光子局域”特性,让人们操作和控制光子的梦想成真。光子晶体理论自提出以来获得广泛关注,相关理论研究和实验进展迅速,目前光子晶体光纤等光子晶体器件已经应用到光通信领域,相信在不久的将来,光子晶体技术的发展将对信息通讯业产生深远的影响。时域有限差分法是一种求解电磁波的数值方法,它在时域结构电磁场分布。在电磁学领域得到广泛应用,是目前研究光子晶体常用的方法。本文使用时域有限差分法和完美匹配层呓缣跫以模为研究对象,首先对自由空间中传播的光波龀濉⒄也进行仿真,观察到愣怨獠ǖ奈招Ч虾茫唤幼乓远骄Ц裨导中传播,仿真结果印证光子晶体具有带隙特性和光子局域特性。进一步建立透射谱计算模型,计算了完整光子晶体和缺陷态光子晶体波导的透射谱,计算结果与文献相符。最后,对光子晶体微腔、耦合器和分频器等光子晶体器件进行仿真计算,并且设计了一种新型的光子晶体滤波器结构,实验结果表明,当在线型缺陷光子晶体波导中引入对称微腔结构后,某些沿缺陷传播的光波将被局限在结构内,无法继续传播。关键词:光子晶体;;波导;滤波器;透射;耦合;
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指导老师签名:·夕·;弱,心朱日期:矽◆西南交通大学学位论文版权使用授权书甿褂帽臼谌ㄊ椤或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等朐谝陨戏娇蚰诖颉啊本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部复印手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于C芸冢年解密后适用本授权书;学位论文作者签名:
日期蝴。多学位论文作者签名:摺⑿拇西南交通大学学位论文创新性声明人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和诠庾泳逋干渎始扑隳P椭校扑闱虻拿婊⑽恢枚宰钪占扑域的选取介绍较少。本文通过多次仿真计算,找出了在计算不同光子晶体本人郑重声明:所呈交的学位论文,是在导师指导下独立进行研究工作所得的成果。除文中已经注明引用的内容外,本论文不包含任何其他个集体,均己在文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。本学位论文的主要创新点如下:结果有较大影响,因此选取适合的计算区域十分重要;而文献中对计算区模型时,最佳入射场和透射场计算区域。诩扑隳芰髅芏仁保捎么车某∏科椒胶头ɑ嵋鸾洗蠹扑阄蟛睿而通过减少时间步长来减小误差将会降低全部频率光波的透射率,计算结果难以反映光子晶体真实透射谱;本文采用场强极大值法,不但减少了计算误差,获得的“”谱图中曲线上升沿陡峭,带隙位置比较明显,与文献一致。庾泳逦⑶豢梢越德视肴毕萏呛系墓獠ā跋略到微腔中,这是光子晶体的光子局域特性;利用这一特性,在线型缺陷光子晶体波导中沿缺陷引入上下对称的微腔结构,观察到某些频率的光波几乎被微腔完全吸收,可以依此制作光子晶体滤波器。本文通过仿真计算,找出介质柱和介质柱光子晶体滤波器所需要的最少微腔数目,并进一步计算其透射谱,通过与对应波导透射谱的对比,找出滤波器滤波范围。
第滦髀光子晶体概述速发展,对器件的集成度和信号处理能力要求越来越高,高密度的电路集造出来,由光子晶体驱动的光子计算机也可能出现。因此光子晶体的应用西南交通大学硕士研究生学位论文第在过去几十年间,半导体技术的问世促进了通讯和计算机产业的发展,电子器件广泛地应用于人们生活和工作的方方面面。随着信息技术飞成使得能量过大,导致集成芯片发热,器件的延迟性难以满足高速处理信号的要求;以半导体材料为基础的微电子技术遇到瓶颈,人们希望找到一种材料,可以像半导体材料控制晶体中电子一样控制光子,从而像集成电路一样集成光路,由全光通信、光子计算机构成未来的光子产业。上世纪年代,¨9庾泳寮垂庾哟恫牧希且类在光学尺度上具有周期性介电结构的人工设计和制造的晶体。与半导体材料对电子波函数的调制相类似,光子晶体可以像半导体材料调制电子波函数一样调制具有相应波长的电磁波。当电磁波在光子晶体中传播时,由于存在布拉格散射而受到调制,电磁波能量形成能带结构;能带与能