【摘要】：濾波器是一種在通信領(lǐng)域中可用來消除干擾的器件,能夠?qū)μ囟ǖ念l點(diǎn)或者該頻點(diǎn)以外的頻率進(jìn)行有效地濾除。目前,市場上應(yīng)用最多的是由晶體諧振器組成的晶體濾波器,與早期的LC諧振回路構(gòu)成的濾波器相比,雖然晶體濾波器在頻率選擇性、頻率穩(wěn)定性以及損耗等方面都得到了優(yōu)越發(fā)展,但是仍然不能滿足未來對(duì)高集成度高速率的信號(hào)處理的要求。針對(duì)這些不足,我們?cè)O(shè)計(jì)了基于光子晶體的濾波器結(jié)構(gòu)。光子晶體最主要的特性是具有光子晶體帶隙,在光子晶體中引入點(diǎn)缺陷或線缺陷的時(shí)候,缺陷兩側(cè)的光子晶體類似于反射墻,使具有缺陷的光子晶體具有低損耗,高透射率等優(yōu)點(diǎn)。此外,光子晶體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)靈活,體積小,速度快,光子晶體濾波器的發(fā)展前景可觀。本文運(yùn)用COMSOL Multiphysics4.3b軟件分別設(shè)計(jì)并研究了基于二維光子晶體的用于1.5um紅外光通信的窄帶濾波器,尺寸為8um*8um,采用正方格子以及三角格子兩種結(jié)構(gòu),兩種結(jié)構(gòu)均是以空氣中介質(zhì)柱的形式呈現(xiàn),介質(zhì)柱采用介電常數(shù)為11.4的硅材料。本文以TM模式的電磁波為研究對(duì)象,首先利用COMSOL Multiphysics4.3b內(nèi)置的S參數(shù)分析了兩種晶格結(jié)構(gòu)的完美光子晶體的反射與透射特性,確定了完美光子晶體的帶隙范圍,并詳細(xì)研究了晶格常數(shù),介質(zhì)柱半徑,介電常數(shù)等各種結(jié)構(gòu)參數(shù)值的改變對(duì)帶隙范圍的影響,對(duì)上述結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化,將優(yōu)化結(jié)果用于后續(xù)的窄帶濾波器的設(shè)計(jì)。窄帶濾波器由微腔和波導(dǎo)兩部分構(gòu)成。微腔是在完美光子晶體結(jié)構(gòu)的中心位置去掉一個(gè)Si介質(zhì)柱引入一個(gè)點(diǎn)缺陷而形成的；波導(dǎo)則是分別在微腔的右上方以及左下方同時(shí)引入兩個(gè)線缺陷而形成的,通過微腔與波導(dǎo)之間的耦合作用從而實(shí)現(xiàn)電磁波從入口到出口的濾波過程。微腔和波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)參數(shù)如晶格常數(shù)、Si介質(zhì)柱半徑、波導(dǎo)長度(即反射器中Si介質(zhì)柱的數(shù)量)等對(duì)窄帶濾波器的共振頻率、透射系數(shù)和品質(zhì)因子等特性都有影響,因此,論文中分別對(duì)微腔和波導(dǎo)的上述結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。本文設(shè)計(jì)的目的是用于1.5um紅外光通信,窄帶濾波器的共振頻率應(yīng)為2e14Hz。對(duì)于基于正方格子光子晶體的窄帶濾波器,當(dāng)共振頻率為2e14Hz時(shí),優(yōu)化的結(jié)構(gòu)參數(shù)分別為：晶格常數(shù)a1'=0.6384um,介質(zhì)柱半徑r1'=0.1159*a1',介電常數(shù)ε1'=11.4,反射器中介質(zhì)柱的數(shù)量N1=7,反射器中介質(zhì)柱的半徑rr1=1.5*r1',濾波器的尺寸S1=13*13(13為濾波器在x、y方向上介質(zhì)柱的個(gè)數(shù)),其透射系數(shù)為0.953,品質(zhì)因子為1330；對(duì)于基于三角格子光子晶體的窄帶濾波器,當(dāng)共振頻率為2e14Hz時(shí),優(yōu)化的結(jié)構(gòu)參數(shù)分別為：晶格常數(shù)a2'=0.6518um,介質(zhì)柱半徑r2'=0.1316*a2',介電常數(shù)ε2'=11.4,反射器中介質(zhì)柱的數(shù)量N2=6,反射器中介質(zhì)柱的半徑rr2=0.6*r2',濾波器的尺寸S2=11*12*13(11、12分別為三角格子濾波器中偶數(shù)行、奇數(shù)行中介質(zhì)柱的數(shù)量,13為v方向上介質(zhì)柱的數(shù)量),其透射系數(shù)為0.87,品質(zhì)因子為1428。本文設(shè)計(jì)的窄帶濾波器共振頻率在2e14Hz處,尺寸在微米量級(jí),易于集成,為紅外光通信以及大型光學(xué)集成電路的研究提供了一定的理論依據(jù)。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：南京郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN713

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本文編號(hào)：2321163