本文關(guān)鍵詞：新型硅基光子晶體自準(zhǔn)直分光器的設(shè)計與數(shù)值模擬

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【摘要】：基于獨(dú)特的色散性質(zhì),光子晶體自準(zhǔn)直效應(yīng)可以克服光線發(fā)散進(jìn)行無衍射的直線傳播,從而為控制光的傳播提供了一種新方法。硅基光子晶體所研制的光學(xué)器件尺寸小,能夠在微米尺度上集成；材料單一,便于制作；帶寬高且損耗低,因此光子晶體自準(zhǔn)直器件在集成光學(xué)、光通信等領(lǐng)域中有廣闊的應(yīng)用前景。本文采用時域有限差分法與平面波展開法進(jìn)行數(shù)值計算與模擬,提出并設(shè)計了新型單偏振模式的硅基光子晶體自準(zhǔn)直1×n分光器和新型雙偏振模式的硅基光子晶體自準(zhǔn)直1×n分光器,主要完成工作如下：1.設(shè)計研究了新型單偏振模式硅基光子晶體自準(zhǔn)直1×n分光器。采用多光束干涉原理,對基于自準(zhǔn)直級聯(lián)環(huán)形諧振腔的多出口分光器進(jìn)行理論分析,推導(dǎo)出不同輸出端口的透射譜公式,并討論了其作為1×5,1×6和1x7分光器時的條件。在此基礎(chǔ)上,利用光子晶體自準(zhǔn)直效應(yīng),設(shè)計了分光器的結(jié)構(gòu)。文中系統(tǒng)研究了介質(zhì)柱狀TM偏振模式和空氣孔狀TE偏振模式的硅基光子晶體1×5,1×6和1×7分光器。對于每個分光器,選定了兩種不同的分光比例,利用時域有限差分法進(jìn)行模擬計算,并將仿真結(jié)果與理論透射譜對比,結(jié)果表明兩者能夠很好的吻合。2.設(shè)計研究了新型雙偏振模式硅基光子晶體自準(zhǔn)直1×n分光器。由于合適的光程差下自準(zhǔn)直馬赫-曾德爾干涉儀可以實(shí)現(xiàn)偏振無關(guān)的分束,文中利用偏振透射譜波峰匹配的方法,實(shí)現(xiàn)了自準(zhǔn)直馬赫-曾德爾干涉儀同時對TE偏振和TM偏振的入射自準(zhǔn)直光束進(jìn)行相同比例的分光,即雙偏振模式硅基光子晶體自準(zhǔn)直1×2分光器；此外,提出并設(shè)計了基于自準(zhǔn)直環(huán)形諧振腔的雙偏振模式硅基光子晶體自準(zhǔn)直1×4分光器,對結(jié)構(gòu)中由空氣孔構(gòu)成的線缺陷,即分束鏡,取不同的孔半徑,利用時域有限差分法對其進(jìn)行掃描,得到孔半徑和反射率的依賴關(guān)系,發(fā)現(xiàn)了在空氣孔在某兩種半徑時,分束鏡對兩個偏振的光可以同時進(jìn)行分束,即通過對四個分束鏡的半徑進(jìn)行合適設(shè)置,可實(shí)現(xiàn)偏振無關(guān)硅基光子晶體自準(zhǔn)直1×4分束。本文創(chuàng)新點(diǎn)：利用自準(zhǔn)直級聯(lián)環(huán)形諧振腔,實(shí)現(xiàn)了單偏振硅基光子晶體1×5、1×6、1×7分光器,驗(yàn)證了利用級聯(lián)方法能夠使環(huán)形諧振腔作為1×n分光器；利用偏振透射譜波峰匹配的方法,通過連續(xù)改變光程差,實(shí)現(xiàn)了雙偏振硅基光子晶體1×2分光器；利用時域有限差分法對不同半徑下的空氣孔進(jìn)行反射率的掃描,找到一個特殊的自準(zhǔn)直諧振腔,能實(shí)現(xiàn)雙偏振無關(guān)硅基光子晶體自準(zhǔn)直1×4分光器。
【關(guān)鍵詞】：光子晶體 單偏振 雙偏振 環(huán)形諧振腔 自準(zhǔn)直 馬赫-曾德爾干涉儀 分光器
【學(xué)位授予單位】：福建師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O734
【目錄】：

• 中文摘要2-4
• Abstract4-6
• 中文文摘6-10
• 第一章 緒論10-16
• 1.1 光子晶體概念10-12
• 1.2 光子晶體特征12-14
• 1.3 光子晶體的應(yīng)用14-16
• 第二章 光子晶體理論及數(shù)值分析方法16-28
• 2.1 平面波展開法16-20
• 2.2 時域有限差分法20-26
• 2.3 小結(jié)26-28
• 第三章 單偏振模式硅基光子晶體自準(zhǔn)直1×n分光器28-48
• 3.1 級聯(lián)光子晶體環(huán)形諧振腔特性分析28-30
• 3.2 光子晶體自準(zhǔn)直頻率范圍與分束鏡結(jié)構(gòu)30-33
• 3.3 硅基光子晶體自準(zhǔn)直1×5分光器理論計算與數(shù)值模擬33-37
• 3.3.1 TM模式柱狀1×5分光器33-35
• 3.3.2 TE模式孔狀1×5分光器35-37
• 3.4 硅基光子晶體自準(zhǔn)直1×6分光器理論計算與數(shù)值模擬37-42
• 3.4.1 TM模式柱狀1×6分光器38-40
• 3.4.2 TE模式孔狀1×6分光器40-42
• 3.5 硅基光子晶體自準(zhǔn)直1×7分光器理論計算與數(shù)值模擬42-46
• 3.5.1 TM模式柱狀1×7分光器42-44
• 3.5.2 TE模式孔狀1×7分光器44-46
• 3.6 小結(jié)46-48
• 第四章 雙偏振模式硅基光子晶體自準(zhǔn)直1×n分光器48-58
• 4.1 偏振無關(guān)的自準(zhǔn)直頻率范圍48-49
• 4.2 雙偏振模式硅基光子晶體自準(zhǔn)直1×2分光器49-54
• 4.2.1 雙偏振馬赫-曾德爾干涉儀的結(jié)構(gòu)設(shè)計49-51
• 4.2.2 雙偏振模式孔狀1×2分光器51-54
• 4.3 雙偏振模式硅基光子晶體自準(zhǔn)直1×4分光器54-57
• 4.3.1 雙偏振環(huán)形諧振腔的結(jié)構(gòu)設(shè)計54-55
• 4.3.2 雙偏振模式孔狀1×4分光器55-57
• 4.4 小結(jié)57-58
• 第五章 總結(jié)58-60
• 參考文獻(xiàn)60-64
• 攻讀學(xué)位期間承擔(dān)的科研任務(wù)與主要成果64-66
• 致謝66-68
• 個人簡歷68-72

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本文編號：861341