【摘要】：光子晶體是一種由不同介質(zhì)周期性分布構(gòu)成的材料,當(dāng)入射光波在其中傳播時(shí),由于多重干涉的影響會(huì)產(chǎn)生一個(gè)光子帶隙。當(dāng)入射光的頻率處于光子禁帶內(nèi),光子并不能在光子晶體中傳播。這個(gè)性質(zhì)為光束的整形和控制提供了一個(gè)嶄新的平臺(tái),由于在波分復(fù)用系統(tǒng)中對(duì)光學(xué)器件的集成度要求越來(lái)越高,基于光子晶體的光學(xué)器件已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)入人們的視野。本文采用平面波展開(kāi)法和時(shí)域有限差分法,研究了二維光子晶體的基本性質(zhì),設(shè)計(jì)了兩款光子器件結(jié)構(gòu),并研究了它們的性能,期望這些器件在未來(lái)的光通信系統(tǒng)中有重要的應(yīng)用價(jià)值。本文提出了一種簡(jiǎn)單的方法用于提高雙微腔與相鄰波導(dǎo)之間的耦合效率。缺陷模可以通過(guò)改變納米柱的結(jié)構(gòu)參數(shù)來(lái)改變,例如改變納米柱的介電常數(shù)、半徑大小、形狀結(jié)構(gòu)或者它所處的位置。一般情況下,由于微腔結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性,被局域的光子位于微腔中心。我們通過(guò)優(yōu)化納米柱的位置減小了這種對(duì)稱性,使得缺陷模式發(fā)生改變。計(jì)算結(jié)果表明,這種優(yōu)化方式可以提高雙微腔與其相鄰波導(dǎo)之間的耦合效率。基于這個(gè)優(yōu)勢(shì),我們?cè)O(shè)計(jì)了一款三通道濾波器,分析其濾波譜線,其半高全寬都在10 nm左右,窄帶特性好。為了拓展上述濾波器在光纖通信領(lǐng)域的應(yīng)用,本文設(shè)計(jì)了一款微型異質(zhì)結(jié)型單纖三向光復(fù)用器結(jié)構(gòu),分析了微腔與異質(zhì)結(jié)反射器之間的距離對(duì)濾波效率的影響。仿真結(jié)果表明當(dāng)距離為2.26?m時(shí),器件在工作波長(zhǎng)處均得到了接近100%的透射效率,該器件的大小僅有14?m×10?m,它還有低串?dāng)_和高隔離度的優(yōu)點(diǎn)。在二維光子晶體中引入具有磁性的介質(zhì)納米柱,可以構(gòu)建一個(gè)磁性微腔。納米柱的成分是鐵磁金屬氧化物,首先研究了該缺陷介質(zhì)柱磁性特征,利用適時(shí)耦合理論,分析該缺陷介質(zhì)柱在微腔內(nèi)的偏移特性以及微腔周圍介質(zhì)柱對(duì)透射性能的影響,并從模式能量角度,揭示了偏移作用機(jī)制;然后通過(guò)調(diào)節(jié)磁場(chǎng)強(qiáng)度,改變鐵氧磁體缺陷介質(zhì)柱的磁導(dǎo)率,設(shè)計(jì)磁控諧振腔型光開(kāi)關(guān),給出光開(kāi)關(guān)特性對(duì)應(yīng)的磁導(dǎo)率分配方案;最后集成主波導(dǎo)、下路波導(dǎo)、上路波導(dǎo)、反射微腔和兩光開(kāi)關(guān)區(qū)域,設(shè)計(jì)了一款基于磁控諧振腔開(kāi)關(guān)的可重構(gòu)分插復(fù)用器結(jié)構(gòu)。研究表明該結(jié)構(gòu)能很好地完成信號(hào)的上路和下路功能,其傳輸譜的品質(zhì)因子可以達(dá)到10~3,透射效率均高于90%。插入損耗分別為0.1514和0.1223。每個(gè)信道之間的隔離度大約為30,這意味著信號(hào)在不同信道中傳播時(shí)互相干擾小,該器件實(shí)現(xiàn)了WDM系統(tǒng)中1550nm波長(zhǎng)動(dòng)態(tài)重配置功能。
【學(xué)位授予單位】：廣西師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN929.1
【圖文】：

圖 1-1 一維、二維、三維光子晶體結(jié)構(gòu)示意圖其中，三維光子晶體結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣，就目前的制備工藝而言，制作難度大并且于二維光子晶體沒(méi)有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)[11]，所以對(duì)其的研究與應(yīng)用還比較困難；一維機(jī)構(gòu)機(jī)制較為單一，介電常數(shù)是在一維上有周期性變化，這就導(dǎo)致一維光子晶差，由這種材料組成的器件種類也很少；而二維光子晶體的介電常數(shù)是在二維性變化，它的基本結(jié)構(gòu)剛好是介于一維與三維之間，制作二維光子晶體難度在的加工工藝可達(dá)到納米級(jí)，設(shè)計(jì)靈活。故本文將二維光子晶體作為研究對(duì)出新型光通信領(lǐng)域相關(guān)核心器件。 光子晶體的基本特性光子晶體是一種特殊的新型人工微結(jié)構(gòu)，其構(gòu)造特點(diǎn)是由兩種或兩種以上不同的介質(zhì)材料在空間上呈現(xiàn)周期性分布。這種結(jié)構(gòu)具有很多其它材料所不具備的。使其成為光通信、光器件、微諧振腔等領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。在本文中僅僅探討廣泛的光子禁帶（Photonic Band Gap,PBG）、光子局域（Photon Localizatio抑制自發(fā)輻射（Spontaneous Radiation,SR）這三方面的性質(zhì)。

(c)Rostami 設(shè)計(jì)的濾波器結(jié)構(gòu) (b)微腔放大圖 (c)改變 R2 ，Output Bahrami Panah 報(bào)道了一種基于各向異性材料的二維光子a）所示[22]。該濾波器由兩條線缺陷波導(dǎo)與一個(gè)點(diǎn)缺陷微點(diǎn)缺陷微腔的四個(gè)介質(zhì)柱被填充成各向異性材料。結(jié)合各向異性材料的光軸方向?qū)崿F(xiàn)了濾波波長(zhǎng)的動(dòng)態(tài)調(diào)諧。

(c)圖 1-2 (a)A.Rostami 設(shè)計(jì)的濾波器結(jié)構(gòu) (b)微腔放大圖 (c)改變 R2 ，Output 端口的透射譜2011 年，M Bahrami Panah 報(bào)道了一種基于各向異性材料的二維光子晶體可調(diào)諧濾波器，如圖 1-3（a）所示[22]。該濾波器由兩條線缺陷波導(dǎo)與一個(gè)點(diǎn)缺陷微腔組成，間隔兩條線缺陷波導(dǎo)和點(diǎn)缺陷微腔的四個(gè)介質(zhì)柱被填充成各向異性材料。結(jié)合光子晶體的偏振特性，通過(guò)改變各向異性材料的光軸方向?qū)崿F(xiàn)了濾波波長(zhǎng)的動(dòng)態(tài)調(diào)諧。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前5條

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本文編號(hào)：2766464