光子技術是滿足大數(shù)據(jù)和人工智能時代人們對信息傳輸和處理巨量需求的最佳解決方案之一。但目前光子系統(tǒng)的集成度較低導致無法完全發(fā)揮光子技術的優(yōu)勢,其中光信號的模式轉換效率低是一個重要原因。為了克服這一瓶頸,本論文提出利用光學超表面提高亞波長波導結構中的模式轉換效率。光學超構表面是利用亞波長周期單元構建的人工光學結構,其周期單元的橫向尺寸和厚度都遠小于工作波長。光學超表面可將傳統(tǒng)光學器件厚度壓縮到亞波長尺度,從而徹底改變傳統(tǒng)光學器件的形態(tài)。但由于亞波長波導的橫向尺寸小與周期排列的光學超表面尺寸不兼容,因此無法直接用于微納光子結構中。為此,本論文提出將超構單元嵌入到亞波長光波導中來實現(xiàn)高效率模式轉換。論文首先討論二維和三維波導的理論分析方法,正確得到出波導的本征模以及傳播常數(shù),為后續(xù)研究奠定基礎。利用耦合模分析得到波導不同空間模式實現(xiàn)完美轉換的動量匹配條件,并在二維波導結構中構造出長周期光柵來實現(xiàn)該條件。進一步利用時域有限差分方法,研究該結構中基模和一階模之間的相互轉換,實現(xiàn)了近完美空間模式轉換。為進一步減小轉換結構長度,論文提出了反射式空間模式轉換超構單元結構。在波導端面引入非對稱的兩個超構單... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：51 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

開口諧振環(huán)模型

于超材料的興起。超材料最開始被稱為提出超材料的觀點[10]，超材料就是用里的原子或則分子。圖 1-1 開口諧振環(huán)模型[10]存在介電常數(shù)和磁導率同時為負值的材的反響，直到 1999 年設計出的開口諧模型具有磁響應，可以通過其幾何參以實現(xiàn)磁導率實部為負值，與此同時結

不同開口角度和方向“V”形天線對入射光場的相位延遲效果(a)無超表面 (b)有超表面圖 1-4 兩介質(zhì)界面上廣義斯涅耳定律推導的傳輸特性可以利用費馬原理解釋。由費馬定律可知，出射的光到達 B 點滿足光程穩(wěn)定條件， nsin dx nsiniit 的斯涅耳定律 sin sin 0iittn n 。耳定律是以斯涅耳定律為基礎的，如圖 1-4(b)所示，從表面單元到達 B 點，同樣滿足費馬原理，但由于此時度，費馬原理修改為：[sin()][sin]0kn dx d n dx

【參考文獻】：
期刊論文
[1]光纖端面集成金屬光子結構傳感器[J]. 劉飛飛,張新平.  激光與光電子學進展. 2017(02)

碩士論文
[1]超構表面透鏡的色散調(diào)控研究[D]. 李可.中國科學院大學(中國科學院光電技術研究所) 2018



本文編號：2969314