本文關(guān)鍵詞：光子晶體全光二極管的研究

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【摘要】：近年來(lái),光子晶體成為國(guó)際范圍內(nèi)一種新型的人工晶體,它憑借其特有的無(wú)可比擬的優(yōu)越性以及廣闊的應(yīng)用前景,吸引了越來(lái)越多研究者們的關(guān)注。本文針對(duì)二維光子晶體的光子禁帶、光子局域、非線性Kerr效應(yīng)以及光學(xué)雙穩(wěn)態(tài)進(jìn)行了研究,并重點(diǎn)研究把這些特性應(yīng)用到全光二極管,從而實(shí)現(xiàn)高透過率、高對(duì)比度以及高帶寬的全光二極管的目標(biāo),本文的具體內(nèi)容以及研究成果包括以下幾個(gè)方面:首先,我們簡(jiǎn)要介紹了光子晶體的概念、光子晶體分類以及光子晶體的主要制作方法。其次,我們從光子晶體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)出發(fā),利用麥克斯韋方程組推導(dǎo)出符合光子晶體的電磁場(chǎng)表達(dá)式,然后介紹了光子晶體帶隙的一些計(jì)算方法,其中重點(diǎn)介紹了本文用到的時(shí)域有限差分法(FDTD),并且討論了Yee氏網(wǎng)格、數(shù)值穩(wěn)定性條件和邊界條件。接著,我們通過引入合適的光子晶體直接耦合腔C1與光子晶體側(cè)邊耦合腔C2,通過調(diào)控這二者之間的距離,形成Fano型透射譜結(jié)構(gòu);然后對(duì)這兩個(gè)微腔引入Kerr非線性,再對(duì)此形成的全光二極管結(jié)構(gòu)用時(shí)域有限差分法進(jìn)行仿真模擬并進(jìn)行結(jié)果分析,我們的研究表明,僅利用單信號(hào)光是很難實(shí)現(xiàn)高正向透過率、高對(duì)比度以及較大工作帶寬的要求(其最高正向透射率僅為13%、對(duì)比度僅為8)。最后,為克服此困難,我們提出了一種新的方法:在外加超短脈沖泵浦光的協(xié)助下,利用非線性光學(xué)雙穩(wěn)態(tài)效應(yīng)對(duì)兩個(gè)微腔的透射和反射狀態(tài)進(jìn)行精細(xì)調(diào)控,從而在較大的工作帶寬內(nèi)實(shí)現(xiàn)較高的正向透過率和對(duì)比度,并對(duì)其原理進(jìn)行了闡述。利用這種方法,我們提出了兩種實(shí)現(xiàn)方案:(1)對(duì)上述的非線性光子晶體全光二極管側(cè)邊加入合適功率的超短脈沖泵浦,實(shí)現(xiàn)了反向高透過率(65.676%)、正向低透過率(0.139%)(左低右高)的光子晶體全光二極管,其對(duì)比度可達(dá)到472;(2)利用兩束獨(dú)立的不同功率的超短脈沖泵浦分別對(duì)直接耦合微腔C1和側(cè)邊耦合微腔C2進(jìn)行泵浦,我們發(fā)現(xiàn):(a)信號(hào)光功率Pin=0.005 W時(shí),當(dāng)把兩個(gè)超短脈沖泵浦功率分別調(diào)至為18 W和8 W,可以在較寬的工作帶寬內(nèi)(0.44 nm,是現(xiàn)已報(bào)道的數(shù)十倍)實(shí)現(xiàn)信號(hào)光的正向高透過率(可達(dá)88%,比現(xiàn)有的要高出18%左右)以及較高的正反向傳輸對(duì)比度(達(dá)到83);(b)信號(hào)光功率Pin=0.005 W時(shí),當(dāng)把兩個(gè)超短脈沖泵浦功率分別調(diào)至為20 W和9 W,可以在較寬的工作帶寬內(nèi)(0.44 nm,是現(xiàn)已報(bào)道的數(shù)十倍)實(shí)現(xiàn)信號(hào)光的反向高透過率(可達(dá)90%,比現(xiàn)有的要高出20%左右)以及較高的正反向傳輸對(duì)比度(達(dá)到75)。這些方法和成果在未來(lái)光通信和光子計(jì)算中具有重要的應(yīng)用前景。
【關(guān)鍵詞】：全光二極管 光子晶體 光學(xué)雙穩(wěn)態(tài) 時(shí)域有限差分法
【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
【分類號(hào)】：O734
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 緒論11-19
• 1.1 光子晶體簡(jiǎn)介11-16
• 1.1.1 光子晶體概念11-12
• 1.1.2 光子晶體分類12-13
• 1.1.3 光子晶體制作方法13-16
• 1.2 全光二極管的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀16-17
• 1.3 本論文的主要內(nèi)容17-19
• 第二章 光子晶體的主要計(jì)算方式19-27
• 2.1 光子晶體的電磁理論基礎(chǔ)19-20
• 2.2 平面波展開方法20
• 2.3 傳輸矩陣法20-21
• 2.4 時(shí)域有限差分法21-25
• 2.4.1 電磁場(chǎng)麥克斯韋方程組21-22
• 2.4.2 Yee氏網(wǎng)格22-23
• 2.4.3 二維情況下的時(shí)域有限差分法（FDTD）23-24
• 2.4.4 有限差分法（FDTD）的穩(wěn)定性條件24-25
• 2.4.5 時(shí)域有限差分法（FDTD）的吸收邊界條件25
• 2.5 光子晶體的主要數(shù)值仿真軟件25-26
• 2.5.1 Rsoft軟件25
• 2.5.2 其他軟件25-26
• 2.6 本章小結(jié)26-27
• 第三章 光子晶體波導(dǎo)、微腔及其耦合方式27-38
• 3.1 引言27-29
• 3.2 光子晶體結(jié)構(gòu)參數(shù)29-30
• 3.3 光子晶體波導(dǎo)30-32
• 3.4 光子晶體微腔及其與波導(dǎo)的耦合模式32-36
• 3.4.1 光子晶體直接耦合腔C132-34
• 3.4.2 光子晶體側(cè)邊耦合腔C234-36
• 3.5 本章小結(jié)36-38
• 第四章 非線性全光二極管的設(shè)計(jì)38-45
• 4.1 引言38
• 4.2 全光二極管結(jié)構(gòu)及線性情況下的透射譜38-41
• 4.3 全光二極管原理以及非線性情況下的透射譜41-44
• 4.4 本章小結(jié)44-45
• 第五章 雙穩(wěn)態(tài)全光二極管的研究45-53
• 5.1 引言45
• 5.2 側(cè)邊脈沖泵浦下信號(hào)光的非互易傳輸特性研究45-47
• 5.3 腔內(nèi)雙脈沖泵浦下信號(hào)光的非互易傳輸特性研究47-51
• 5.3.1 左高右低的全光二極管47-49
• 5.3.2 右高左低的全光二極管49-51
• 5.4 本章小結(jié)51-53
• 第六章 總結(jié)與展望53-55
• 參考文獻(xiàn)55-61
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果61-62
• 致謝62-63
• 附件63

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