【摘要】：慢光能夠增強(qiáng)光和物質(zhì)之間的相互作用,是實(shí)現(xiàn)光緩存進(jìn)而實(shí)現(xiàn)“全光網(wǎng)絡(luò)”通信的關(guān)鍵,所以針對(duì)光子晶體慢光波導(dǎo)的研究也有著重大的潛在意義和應(yīng)用價(jià)值。在此背景下,本文以二維三角晶格橢圓孔光子晶體為基礎(chǔ),通過(guò)引入線缺陷打破光子晶體原有的周期性從而構(gòu)成光子晶體慢光波導(dǎo),在色散允許的范圍內(nèi),對(duì)慢光的群折射率和帶寬進(jìn)行優(yōu)化和研究。首先,本文介紹了光子晶體相關(guān)的基本理論概念,光子晶體慢光波導(dǎo)傳輸原理,并且運(yùn)用平面波展開(kāi)法對(duì)光子晶體的能帶進(jìn)行了計(jì)算,為后面的數(shù)值仿真計(jì)算奠定了理論基礎(chǔ)。其次,本文以二維三角晶格橢圓孔光子晶體波導(dǎo)為研究對(duì)象,因?yàn)闄E圓孔比圓形孔多了2個(gè)調(diào)節(jié)的自由度,而且是最簡(jiǎn)單的最適合于制作的非圓形孔,研究表明橢圓孔光子晶體波導(dǎo)的傳輸效率比圓形孔要高出16%,本文通過(guò)優(yōu)化橢圓孔的尺寸獲得了歸一化延遲帶寬積最大為0.425的慢光;另外為了在任何時(shí)候都可以實(shí)現(xiàn)對(duì)慢光的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)和優(yōu)化,本文使用液體填充的“后加工技術(shù)”分析了最靠近線缺陷的第一排橢圓孔內(nèi)填充液體的不同對(duì)慢光的影響,并引入一種液體填充的非對(duì)稱(chēng)波導(dǎo),最終發(fā)現(xiàn)和對(duì)稱(chēng)波導(dǎo)相比,非對(duì)稱(chēng)波導(dǎo)能夠使慢光的群速度色散降低。最后,本文在橢圓孔光子晶體的基礎(chǔ)上加上Slot波導(dǎo),因?yàn)镾lot波導(dǎo)能夠把光波能量局限在空氣Slot區(qū)域,從而能夠進(jìn)一步加強(qiáng)光和物質(zhì)的相互作用。為了增加調(diào)節(jié)的范圍和靈活性,本文在靠近線缺陷的第一、二排橢圓孔內(nèi)填充折射率不同的液體,通過(guò)微調(diào)液體折射率大小,最后分別實(shí)現(xiàn)了慢光的群折射率從33.3到247的變化,帶寬從12.6nm變化到1.2nm;此外還證明了可以通過(guò)調(diào)節(jié)填充液體的不同來(lái)補(bǔ)償實(shí)際中不可避免的制作誤差。
【圖文】：

兩種結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)非常復(fù)雜，因此導(dǎo)致三維光子晶體在現(xiàn)實(shí)中的應(yīng)用和研宄并不多。逡逑光子晶體結(jié)構(gòu)在大自然中也很常見(jiàn)：彩色的蝴蝶翅膀、色彩斑斕的蛋白石等，分別逡逑如圖２．２邋（ａ）、（ｂ）所示。它們之所以能夠呈現(xiàn)出色彩斑斕的顏色，是因?yàn)檠绣嘲l(fā)現(xiàn)這些逡逑物質(zhì)也是由周期性排列的微結(jié)構(gòu)構(gòu)成的，我們知道，，頻率不一樣的光波在不同方向發(fā)生逡逑散射和透射的程度不同，所以我們能夠觀察到不同的顏色。逡逑５逡逑

針對(duì)２種介質(zhì)分布規(guī)律的不同而言，光子晶體可以被分為三大類(lèi)：一維、二維和三維光子逡逑晶體（ＰＣ）。兩種不同介電常數(shù)的介質(zhì)在其中的１個(gè)方向上呈交替排列，在其余的２個(gè)方逡逑向上都是均勻不變的結(jié)構(gòu)叫做一維光子晶體，如圖２．１邋（ａ）所示；兩種不同介電常數(shù)的逡逑介質(zhì)在２個(gè)方向上呈交替排列，在第三個(gè)方向上是均勻不變的結(jié)構(gòu)叫做二維光子晶體，逡逑如圖２．１邋（ｂ）所示；同理如圖２．１邋（ｃ），兩種介質(zhì)在空間中的３個(gè)方向（ｘｙｚ）上都呈交替逡逑排列的結(jié)構(gòu)叫做三維光子晶體。逡逑（ａ）邐（ｂ）邐（ｃ）逡逑圖２．１邋（ａ）邋—維光子晶體；（ｂ）二維光子晶體；（ｃ）三維光子晶體逡逑其中，一維ＰＣ擁有最簡(jiǎn)易的構(gòu)造，因此在實(shí)驗(yàn)上也最容易制作；二維ＰＣ比一維ＰＣ逡逑的構(gòu)造稍微復(fù)雜，但是其制作的過(guò)程要比三維ＰＣ容易很多，而且最重要的一點(diǎn)是，如果逡逑完美的二維ＰＣ中存在缺陷的時(shí)候，就能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)光傳輸?shù)目刂疲捎谶@些優(yōu)點(diǎn)，二維光逡逑子晶體成為目前人們所研究的重點(diǎn)。雖然在制作方面三維ＰＣ的工序相當(dāng)復(fù)雜，但是完全逡逑禁帶這個(gè)獨(dú)有的特點(diǎn)使得三維ＰＣ也具備很好的發(fā)展前景。然而由于其制備工序相比其它逡逑兩種結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)非常復(fù)雜，因此導(dǎo)致三維光子晶體在現(xiàn)實(shí)中的應(yīng)用和研宄并不多。逡逑光子晶體結(jié)構(gòu)在大自然中也很常見(jiàn)：彩色的蝴蝶翅膀、色彩斑斕的蛋白石等
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：O734

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2616749