本文關(guān)鍵詞：二維磁性光子晶體器件的設(shè)計(jì)及研究

  更多相關(guān)文章： 光子晶體 磁光材料 光開關(guān) 光調(diào)制器 光學(xué)時(shí)鐘

【摘要】：隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展,光子晶體磁光器件在微波和光信息技術(shù)中扮演重要的角色,已經(jīng)被視為集成光學(xué)系統(tǒng)中不可或缺的基礎(chǔ)元件,將為發(fā)展新型光子產(chǎn)業(yè)提供最基本的技術(shù)。目前,我們主要研究光子晶體和磁光材料結(jié)合產(chǎn)生的單向特性以及相關(guān)的各種光學(xué)現(xiàn)象,它在國(guó)際上屬于比較前沿的研究領(lǐng)域。本文從磁光材料的微觀性質(zhì)出發(fā),根據(jù)麥克斯韋方程組推出磁光材料的磁導(dǎo)率張量,再結(jié)合光子晶體技術(shù),提出了一種新型的二維光子晶體磁光腔結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)僅用一個(gè)磁光材料柱就實(shí)現(xiàn)了光子器件功能。首先,利用平面波展開法優(yōu)化介質(zhì)正方柱的邊長(zhǎng)及旋轉(zhuǎn)角度以獲得最大的光子晶體禁帶,設(shè)計(jì)了兩種結(jié)構(gòu)形式。一種是二維正方晶格結(jié)構(gòu)的光子晶體正方硅柱,正方柱的邊長(zhǎng)為0.3a,參考介質(zhì)柱的軸線方向旋轉(zhuǎn)41度,獲得了較大的TE禁帶;另一種是二維正方晶格結(jié)構(gòu)的光子晶體正方空氣柱,正方柱邊長(zhǎng)0.8a,得到較大的TM禁帶。其次,通過(guò)有限元方法對(duì)光子晶體磁光腔進(jìn)行模式分析,計(jì)算得到了一對(duì)偏振方向相互垂直的諧振簡(jiǎn)并模式,并探討了磁光腔結(jié)構(gòu)參數(shù)、磁光材料性質(zhì)與外加偏置磁場(chǎng)對(duì)傳輸性能的影響。結(jié)合外加偏置磁場(chǎng),本文研究設(shè)計(jì)了光子晶體磁控二選一光路選通開關(guān)、光子晶體磁控占空比可調(diào)以及位相差為π的雙路光學(xué)時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器和光子晶體磁光調(diào)制器等三種功能的磁光器件。利用平面波展開法和有限元方法計(jì)算了這些光子晶體磁光器件的工作特性,數(shù)值結(jié)果表明:光路選通開關(guān)的開關(guān)對(duì)比度可達(dá)48dB,隔離度可達(dá)46dB,開關(guān)時(shí)間為微秒級(jí)或亞微秒級(jí);光學(xué)時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器的邏輯對(duì)比度可達(dá)48dB,其脈沖上升時(shí)間取決于磁場(chǎng)的變化速度,一般屬于微秒級(jí)或亞微秒級(jí),時(shí)鐘頻率等于磁場(chǎng)的變化頻率;光子晶體磁光調(diào)制器的調(diào)制靈敏度可達(dá)1.81?104[w/T],調(diào)制深度達(dá)0.787,具有較理想的調(diào)制作用。
【關(guān)鍵詞】：光子晶體 磁光材料 光開關(guān) 光調(diào)制器 光學(xué)時(shí)鐘
【學(xué)位授予單位】：深圳大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN761;TH714.51;O734
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 緒論8-9
• 第1章 磁性光子晶體的概述9-17
• 1.1 光子晶體簡(jiǎn)介9-11
• 1.2 磁光材料簡(jiǎn)介11-13
• 1.3 光子晶體磁光器件國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀與水平13-15
• 1.4 本論文的主要研究?jī)?nèi)容和特點(diǎn)以及創(chuàng)新點(diǎn)15-17
• 第2章 磁性光子晶體的基礎(chǔ)理論與數(shù)字分析方法17-22
• 2.1 光子晶體的基礎(chǔ)理論17-18
• 2.2 磁光材料的基礎(chǔ)理論18-22
• 第3章 二維磁性光子晶體的能帶結(jié)構(gòu)分析22-26
• 3.1 光子晶體結(jié)構(gòu)分析23-24
• 3.2 光子晶體能帶分析24-26
• 第4章 磁性光子晶體器件的仿真與研究26-55
• 4.1 磁控二選一光路選通開關(guān)26-41
• 4.1.1 光開關(guān)的數(shù)值分析26-28
• 4.1.2 光開關(guān)的優(yōu)化設(shè)計(jì)28-34
• 4.1.3 光開關(guān)的電場(chǎng)分布仿真34-41
• 4.2 占空比可調(diào)以及位相差為 π 的雙路光學(xué)時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器41-43
• 4.2.1 時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器的優(yōu)化設(shè)計(jì)41-43
• 4.3 光子晶體磁光調(diào)制器43-54
• 4.3.1 磁光調(diào)制器的理論分析44-46
• 4.3.2 磁光調(diào)制器的數(shù)值分析46-48
• 4.3.3 磁光調(diào)制器的電場(chǎng)分布仿真48-54
• 4.4 本章小結(jié)54-55
• 第5章 總結(jié)55-56
• 參考文獻(xiàn)56-61
• 致謝61-62
• 攻讀碩士學(xué)位期間的研究成果62

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