本文選題：層狀結(jié)構(gòu)　切入點(diǎn)：手性介質(zhì)　出處：《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》2015年碩士論文

【摘要】：光波導(dǎo)作為一種主要的光波傳輸手段,在全光網(wǎng)絡(luò)、光學(xué)傳感、光信號(hào)處理以及光學(xué)實(shí)驗(yàn)等方面扮演重要角色�；谑中越橘|(zhì)制成的光波導(dǎo),由于其本身的旋光性和對(duì)于偏振模式的操控能力,在光信號(hào)通訊、微納光學(xué)器件、光路耦合以及相關(guān)領(lǐng)域有著不俗的應(yīng)用前景。本文主要將探究手性波導(dǎo)的模式傳輸特性。使用能夠模擬手性介質(zhì)的時(shí)域有限差分方法,在波導(dǎo)中引入不同的層狀結(jié)構(gòu),研究不同結(jié)構(gòu)對(duì)于光場(chǎng)在手性波導(dǎo)當(dāng)中的傳播規(guī)律以及偏振性質(zhì)的影響。本文首先在已有的非色散二維手性介質(zhì)模擬算法的基礎(chǔ)上,得到了三維非色散情況下手性介質(zhì)的時(shí)域有限差分方法,并以這兩者為研究工具探究層狀的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的模式傳輸特性。闡述了文中所使用方法的構(gòu)建思路、適用性以及合理性。討論了激勵(lì)源、邊界條件的選擇,并且分析了編程時(shí)算法穩(wěn)定性和模擬誤差。通過(guò)算例與模式傳輸理論比較,驗(yàn)證了其與理論的互恰性。以算法為研究工具,本文研究了基本層狀結(jié)構(gòu)波導(dǎo)當(dāng)中模式傳輸特性,并比較了不同手性和結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)于其中模式變化性質(zhì)的影響。文中討論了二維雙網(wǎng)格時(shí)域有限差分方法與三維算法對(duì)于模擬手性介質(zhì)波導(dǎo)的相同點(diǎn)和不同點(diǎn)。同時(shí),通過(guò)對(duì)比二維平面波導(dǎo)和三維立體結(jié)構(gòu)手性波導(dǎo)當(dāng)中的模式變化,分析了在手性介質(zhì)里模式激發(fā)的特性和規(guī)律。此外,本文探討了立體結(jié)構(gòu)手性波導(dǎo)中基本的偏振模式轉(zhuǎn)換特性。研究了引入非手性介質(zhì)的層狀結(jié)構(gòu)對(duì)于模式傳輸?shù)挠绊憽Ｗ詈?本文研究了具有正負(fù)手性介質(zhì)層狀結(jié)構(gòu)波導(dǎo)當(dāng)中模式特性,同時(shí)探討了多階模式在圓柱手性波導(dǎo)中的傳播規(guī)律。具體討論了周期性結(jié)構(gòu)的相反手性覆蓋層波導(dǎo)以及縱向正負(fù)手性介質(zhì)交疊結(jié)構(gòu)的波導(dǎo):從二維平面結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)仿真出發(fā),設(shè)計(jì)了一種實(shí)現(xiàn)模式能量轉(zhuǎn)化的結(jié)構(gòu),并將其推廣到三維立體情況進(jìn)行驗(yàn)證分析。結(jié)合前面的仿真結(jié)果,本文對(duì)圓柱層狀手性波導(dǎo)當(dāng)中模式的激發(fā)變化進(jìn)行了比較。闡述了該種波導(dǎo)在不同介質(zhì)結(jié)構(gòu)下場(chǎng)強(qiáng)的分布情況,解釋了由于結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的模式增強(qiáng)和減弱現(xiàn)象。本文分別從二維和三維情況對(duì)層狀結(jié)構(gòu)手性波導(dǎo)當(dāng)中的模式傳輸特性進(jìn)行研究,得到了模式激發(fā)以及傳播方面的性質(zhì)和規(guī)律。為設(shè)計(jì)層狀手性波導(dǎo)光學(xué)器件、研究手性波導(dǎo)當(dāng)中的偏振模式變化提供參考和幫助。
[Abstract]:Optical waveguides, as a major means of optical wave transmission, play an important role in all optical networks, optical sensing, optical signal processing and optical experiments.Optical waveguides based on chiral media have great applications in optical signal communication, micro-nano optical devices, optical path coupling and related fields due to their optical rotation and their ability to control polarization mode.In this paper, the mode propagation characteristics of chiral waveguides are studied.Using the finite-difference time-domain (FDTD) method which can simulate chiral dielectric, different layered structures are introduced into the waveguide to study the effects of different structures on the propagation and polarization properties of the optical field in the chiral waveguide.In this paper, based on the existing algorithms for two-dimensional chiral media simulation, a finite-difference time-domain (FDTD) method for chiral media with three-dimensional nondispersion is proposed.The mode propagation characteristics of layered waveguide structures are investigated by using these two methods.The construction idea, applicability and rationality of the methods used in this paper are expounded.The selection of excitation source and boundary condition is discussed, and the algorithm stability and simulation error are analyzed.By comparing the model transmission theory with an example, the mutual coincidence between the theory and the model transmission theory is verified.Using the algorithm as the research tool, the mode propagation characteristics in the basic layered waveguide are studied, and the effects of different chirality and structure parameters on the mode variation properties are compared.In this paper, we discuss the similarities and differences between the two-dimensional two-grid finite-difference time-domain method and the three-dimensional algorithm for the simulation of chiral dielectric waveguides.At the same time, the characteristics and laws of mode excitation in chiral media are analyzed by comparing the mode changes in two-dimensional planar waveguide and three-dimensional chiral waveguide.In addition, the basic polarization mode conversion characteristics in stereoscopic chiral waveguides are discussed.The effect of layered structure with non-chiral medium on the mode propagation is studied.Finally, the mode characteristics of layered waveguides with positive and negative chiral dielectric structures are studied, and the propagation of multi-order modes in cylindrical chiral waveguides is discussed.The oppositely chiral overlay waveguide with periodic structure and the waveguide with longitudinal positive and negative chiral dielectric overlapping structure are discussed in detail. Based on the waveguide simulation of two-dimensional planar structure, a structure to realize mode energy conversion is designed.And it is extended to the three-dimensional case for verification and analysis.Combined with the previous simulation results, the excitation changes in cylindrical layered chiral waveguides are compared.The distribution of the waveguide in different dielectric structures is described, and the phenomenon of mode enhancement and weakening caused by the structure is explained.In this paper, the mode propagation characteristics in layered chiral waveguides are studied in two and three dimensions, and the properties and laws of mode excitation and propagation are obtained.It provides a reference for designing layered chiral waveguide optical devices and studying the polarization mode change in chiral waveguides.
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN252

【共引文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1700878