本文選題：光子晶體 + 濾波器�。� 參考：《華中科技大學》2015年碩士論文

【摘要】：不同介電常數的材料在空間中周期性排列形成的光子晶體,具有光子禁帶和光子局域兩大主要特性。利用這些特性,在光子晶體結構中引入點/線缺陷,能夠制作出易于大規(guī)模集成的高性能、低損耗和微尺寸的光學器件。本文研究了波導、微腔和環(huán)形諧振腔等基本結構,并結合幾種結構的耦合特性,設計和優(yōu)化了多通道光子晶體濾波器。首先,研究光子晶體波導的結構特性,利用平行波導實現光波的耦合,并結合耦合長度對不同光波具有選擇性等特點,設計了三通道平行波導濾波器。在此基礎上,增加入射端介質柱密度降低光波反射,調節(jié)耦合介質柱半徑降低光波散射,從而進一步提高濾波器工作效率。優(yōu)化之后,1310nm、1490nm和1550nm透射率分別是82.4%、91.2%和76.6%。這種方式設計的三通道濾波器結構簡單,尺寸為400.5μm2,但是各通道間串擾比較大,造成1550nm波長的透射率只有76.6%。其次,研究了光子晶體微腔的結構特性,利用微腔和波導實現光波的耦合,并結合微腔諧振波長帶寬窄等特性,設計了三通道微腔濾波器,1400nm、1490nm和1550nm透射率分別是88.9%、90.8%和82.2%。微腔耦合方式設計的三通道濾波器尺寸為153.8μm2,傳輸效率也比平行波導耦合方式高,設計方式更靈活,但是隨著微腔數目的增加,增大了各通道間的串擾,也造成單通道透射率降低,不利于多通道之間的大規(guī)模集成。最后,分析了環(huán)形諧振腔的結構特點,利用其與波導實現光波耦合,并結合其多模特性以及諧振波長帶寬窄的特點,設計的三通道環(huán)形諧振腔濾波器,透射率全部達到96%以上,尺寸為270.6μm2;在此基礎上增加到五通道濾波器,信道間距為8nm,透射率也全部在92%以上,尺寸只增加了65.3μm2。環(huán)形諧振腔耦合方式設計的多通道濾波器效率高、尺寸較小、易于擴展,同時還能減小平行波導耦合和微腔耦合由于通道個數增加帶來的串擾增加,可調諧性好。
[Abstract]:Photonic crystals with different dielectric constants arranged periodically in space have two main properties: photonic bandgap and photonic localization. By using these characteristics, point / line defects are introduced into the photonic crystal structure, which can be used to fabricate high performance, low loss and micro size optical devices which are easy to be integrated on a large scale. In this paper, the basic structures of waveguide, microcavity and ring resonator are studied, and the multi-channel photonic crystal filter is designed and optimized by combining the coupling characteristics of several structures. Firstly, the structure characteristics of photonic crystal waveguide are studied. The parallel waveguide is used to realize the optical wave coupling, and a three-channel parallel waveguide filter is designed in combination with the selectivity of coupling length to different light waves. On this basis, increasing the density of the dielectric cylinder at the incident end to reduce the reflection of the optical wave, adjusting the radius of the coupled dielectric cylinder to reduce the scattering of the light wave, thus further improving the efficiency of the filter. After optimization, the transmittance of 1310nm and 1550nm are 91.2% and 76.6%, respectively. The structure of the three-channel filter designed in this way is simple and the size is 400.5 渭 m ~ 2, but the crosstalk between the channels is relatively large, resulting in the transmittance of the 1550nm wavelength is only 76.66.00 渭 m ~ (2). Secondly, the structure characteristics of photonic crystal microcavity are studied. The coupling of optical wave is realized by using microcavity and waveguide, and combining with the characteristics of resonator wavelength band width, a three-channel microcavity filter is designed. The transmittance of three-channel microcavity filter is 88.9% and 82.2%, respectively, at 1490nm and 82.2nm respectively. The size of the three-channel filter is 153.8 渭 m ~ 2, the transmission efficiency is higher than the parallel waveguide coupling mode, and the design is more flexible. However, with the increase of the number of microcavities, the crosstalk between the channels is increased. It also leads to the decrease of single channel transmittance, which is not conducive to large-scale integration between multiple channels. Finally, the structural characteristics of the ring resonator are analyzed, and the optical wave coupling is realized by using the waveguide. Combined with its multi-mode characteristics and the characteristics of narrow resonant wavelength band, the three-channel ring resonator filter is designed, and the transmittance of the filter is above 96%. The size of the filter is 270.6 渭 m ~ (2), and the channel spacing is 8nm, the transmittance is above 92%, and the size is only 65.3 渭 m ~ (2). The multi-channel filter designed by the coupling mode of ring resonator is of high efficiency, small size and easy to expand. It can also reduce the crosstalk caused by the increase of the number of channels and the tunability of the parallel waveguide coupling and microcavity coupling.
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN713

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本文編號：1910026