本文關(guān)鍵詞：基于二維光子晶體寬帶全向超準(zhǔn)直效應(yīng)的Y型能量分束器的研究

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【摘要】：光子晶體是在光波長(zhǎng)尺度上具有周期性的電介質(zhì)結(jié)構(gòu),能夠在光波長(zhǎng)尺度上靈活操控光子,被譽(yù)為光子學(xué)中的“半導(dǎo)體”。根據(jù)光子晶體獨(dú)特的性質(zhì),人們研究并設(shè)計(jì)了各種各樣的功能器件,如光開(kāi)關(guān)、光耦合器、波分復(fù)用器、濾波器和光分束器等。本文中我們采用數(shù)值計(jì)算和理論分析相結(jié)合的方法,首先以理想二維光子晶體的第二能帶面為例,對(duì)其對(duì)應(yīng)的等頻線(xiàn)進(jìn)行了分析,說(shuō)明了自準(zhǔn)直特性的存在。然后提出具有二重對(duì)稱(chēng)性的橢圓介質(zhì)柱光子晶體,研究了其寬帶全向準(zhǔn)直色散特性及其在分束器方面的應(yīng)用。首先利用平面波展開(kāi)法計(jì)算其色散關(guān)系,發(fā)現(xiàn)該類(lèi)結(jié)構(gòu)TE偏振模式在較寬的帶寬內(nèi)存在跨越整個(gè)第一布里淵區(qū)的平直等頻線(xiàn),利用這些平直等頻線(xiàn)實(shí)現(xiàn)了寬帶全向超準(zhǔn)直光傳輸。同時(shí),也對(duì)自準(zhǔn)直傳播模式的特性和全向自準(zhǔn)直與結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的關(guān)系進(jìn)行了分析,發(fā)現(xiàn)光在光子晶體內(nèi)無(wú)衍射傳播需要滿(mǎn)足≠0,≈0這一條件,隨著長(zhǎng)軸La增大,相對(duì)帶寬有所增大,并且都在=2.1附近出現(xiàn)最大的相對(duì)帶寬,考慮到工藝的誤差精度,最終選取La=0.9a和ρ=2.1。在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一種Y型能量分束器,時(shí)域有限差分(Finite-Difference Time-Domain method,FDTD)數(shù)值計(jì)算結(jié)果表明,該分束器對(duì)內(nèi)置二維點(diǎn)光源和高斯光源均具有很好的分束性能。本文設(shè)計(jì)的基于超準(zhǔn)直效應(yīng)的光分束器具有緊湊、寬帶大、無(wú)需精確耦和易于集成等優(yōu)點(diǎn),在光子器件集成、定向耦合等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。
【關(guān)鍵詞】：光子晶體 對(duì)稱(chēng)性 超準(zhǔn)直效應(yīng) 能量分束器
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：O734
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第一章 緒論9-21
• 1.1 光子晶體的基本概念9-10
• 1.2 光子晶體的分類(lèi)及制作方法10-14
• 1.3 光子晶體基本特征及應(yīng)用14-19
• 1.3.1 光子晶體的基本特征14-16
• 1.3.2 光子晶體的應(yīng)用16-19
• 1.4 本論文的主要工作19-21
• 第二章 光子晶體理論計(jì)算方法21-32
• 2.1 理論計(jì)算方法簡(jiǎn)述21-23
• 2.2 平面波展開(kāi)法計(jì)算光子頻帶23-26
• 2.2.1 光子晶體本征方程23-24
• 2.2.2 平面波展開(kāi)法求解波動(dòng)方程24-26
• 2.3 時(shí)域有限差分法模擬光傳輸26-31
• 2.3.1 FDTD概述26-29
• 2.3.2 數(shù)值穩(wěn)定性分析29-30
• 2.3.3 數(shù)值色散對(duì)空間離散的要求30
• 2.3.4 吸收邊界條件30-31
• 2.4 本章小結(jié)31-32
• 第三章 二重對(duì)稱(chēng)性光子晶體寬帶全向自準(zhǔn)直機(jī)理研究32-43
• 3.1 引言32-33
• 3.2 自準(zhǔn)直效應(yīng)與能帶結(jié)構(gòu)的關(guān)系33-36
• 3.3 超寬帶全向自準(zhǔn)直效應(yīng)分析及數(shù)值模擬36-42
• 3.3.1 超寬帶平坦能帶區(qū)域的特點(diǎn)36-37
• 3.3.2 自準(zhǔn)直傳播模式特性分析37-38
• 3.3.3 全向自準(zhǔn)直傳輸效應(yīng)與結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)的關(guān)系分析38-39
• 3.3.4 不同歸一化頻率下寬帶全向自準(zhǔn)直現(xiàn)象39-42
• 3.4 本章小結(jié)42-43
• 第四章 基于自準(zhǔn)直效應(yīng)的光分束器的性能分析43-55
• 4.1 引言43
• 4.2 幾種常用分束器設(shè)計(jì)方案43-45
• 4.3 一種Y型能量分束器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)45-47
• 4.4 兩種不同光源入射情況下分束器的性能分析47-54
• 4.4.1 二維點(diǎn)源入射分析47-50
• 4.4.2 高斯光源入射分析50-54
• 4.5 本章小結(jié)54-55
• 總結(jié)與展望55-56
• 參考文獻(xiàn)56-63
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果63-64
• 致謝64-65
• 附表65

【相似文獻(xiàn)】

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