【摘要】：與一維、二維光子晶體相比較,三維光子晶體具有完全帶隙,可以在三維立體空間中實現(xiàn)對光的多方向,可控制傳輸。3D光子晶體的這一特性,對于實現(xiàn)光學(xué)器件的集成化設(shè)計具有重要的應(yīng)用價值。本文采用時域有限差分方法(FDTD)對woodpile結(jié)構(gòu)中空間多向傳輸?shù)那磺获詈喜▽?dǎo)、定向耦合器耦合長度的調(diào)節(jié)及介電常數(shù)非對稱分布的空間選頻器進(jìn)行了理論模擬。首先,對woodpile結(jié)構(gòu)中任意彎曲波導(dǎo)和腔腔耦合的平面和非平面波導(dǎo)傳輸特性進(jìn)行了詳細(xì)地分析和研究。首先設(shè)計了平面內(nèi)的腔腔耦合波導(dǎo)和任意彎曲的C型和Z型波導(dǎo),模擬了傳輸端的傳輸特性,結(jié)果表明該結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)平面內(nèi)光的可控制傳輸。接著設(shè)計了包含多方向傳輸?shù)姆瞧矫娴那磺获詈喜▽?dǎo),研究結(jié)果表明,該腔腔耦合波導(dǎo)實現(xiàn)了立體空間多方向同時傳輸?shù)奶匦?從而實現(xiàn)光在三維立體空間中的可控制傳輸。接著,利用woodpile結(jié)構(gòu)的立體特性,詳細(xì)研究了定向耦合器耦合長度的調(diào)節(jié)問題。其一,考慮改變立體空間中及輸入波導(dǎo)周圍介質(zhì)柱寬度改變對耦合長度的影響,結(jié)果表明改變耦合區(qū)域的柱子寬度,可以有效縮短耦合長度；其二,將耦合區(qū)的兩根柱子同時沿相反的方向移動,減小耦合區(qū)空間介電常數(shù)的分布,研究結(jié)果表明該方法可以獲得小于3a的耦合長度。最后,對woodpile結(jié)構(gòu)中介電常數(shù)對稱型分布微腔與非對稱型微腔及其構(gòu)成選頻器的傳輸特性進(jìn)行了詳細(xì)的研究。研究結(jié)果表明：非對稱型微腔可以有效控制各端口的輸出頻率。當(dāng)進(jìn)一步提高其非對稱性時,通過不斷旋轉(zhuǎn)微腔與傳輸波導(dǎo)之間的夾角,可以實現(xiàn)對輸出端口波長連續(xù)調(diào)節(jié)的作用。
[Abstract]:Compared with one-dimensional and two-dimensional photonic crystals, 3D photonic crystals have complete bandgap, which can realize the multi-direction of light in three-dimensional space and control the transmission. It has important application value for realizing the integrated design of optical devices. In this paper, (FDTD) method is used to simulate the cavity coupling waveguide, the directional coupler coupling length and the spatial frequency selector with asymmetric dielectric constant distribution in woodpile structure. Firstly, the propagation characteristics of planar and non-planar waveguides coupled by arbitrary curved waveguides and cavities in woodpile structures are analyzed and studied in detail. The cavity coupling waveguide in plane and the C-type and Z-type waveguides with arbitrary bending are designed. The transmission characteristics of the transmission terminal are simulated. The results show that the structure can realize the controllable transmission of light in the plane. Then, a cavity coupled waveguide with multi-direction transmission is designed. The results show that the cavity coupling waveguide can realize the multi-direction simultaneous transmission in the three-dimensional space, thus realizing the controllable transmission of light in the three-dimensional space. Then, the coupling length adjustment of directional coupler is studied in detail by using the stereoscopic characteristics of woodpile structure. First, considering the effect of changing the width of the dielectric cylinder in the solid space and around the input waveguide on the coupling length, the results show that the coupling length can be shortened effectively by changing the column width of the coupling region. Secondly, the two columns in the coupling region are moved in the opposite direction at the same time to reduce the distribution of the dielectric constant in the coupling region. The results show that the coupling length of the method is less than 3a. Finally, the transmission characteristics of the medium constant symmetric microcavity and asymmetric microcavity and the frequency selector in woodpile structure are studied in detail. The results show that asymmetric microcavity can effectively control the output frequency of each port. When the asymmetry is further improved, the continuous regulation of the wavelength of the output port can be realized by constantly rotating the angle between the microcavity and the transmission waveguide.
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN252;TN622

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本文編號：2356617