全光化以其快速傳輸處理信息的優(yōu)點(diǎn)已成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn),其中全光開(kāi)關(guān)在全光化中發(fā)揮著重要作用。本文利用平面波展開(kāi)法與超原胞技術(shù)相結(jié)合的方法,對(duì)光子晶體結(jié)構(gòu)的能帶分布進(jìn)行了研究,并對(duì)其禁帶特性進(jìn)行了分析,確定了以四方晶系為結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)進(jìn)行全光開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)研究。此外,在四方晶系結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了波導(dǎo)與諧振腔耦合的全光開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu),利用時(shí)域有限差分法進(jìn)行模擬仿真,對(duì)電磁場(chǎng)分布圖進(jìn)行了研究。并在此基礎(chǔ)上對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)優(yōu)化,使開(kāi)關(guān)的性能得到提升。通過(guò)對(duì)光子晶體禁帶特性的研究和對(duì)全光開(kāi)關(guān)的仿真結(jié)果的分析,本文證實(shí)基于光子晶體的非線(xiàn)性克爾效應(yīng)可以設(shè)計(jì)出開(kāi)關(guān)性能較為優(yōu)異的全光開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu),并可減小全光開(kāi)關(guān)的尺寸和反應(yīng)時(shí)間。 

【文章來(lái)源】：影像科學(xué)與光化學(xué). 2020,38(01)

【文章頁(yè)數(shù)】：7 頁(yè)

【部分圖文】：

波導(dǎo)諧振耦合結(jié)構(gòu)示意圖

圖6 開(kāi)關(guān)關(guān)閉狀態(tài)圖8(a)中可以得到,當(dāng)折射率為3.1時(shí),光波從左側(cè)入射,部分光波進(jìn)入諧振腔,但是在諧振腔內(nèi)并不發(fā)生諧振,所以大部分光波會(huì)從右側(cè)出射;圖8(b)中可以看出,當(dāng)L=1500 μm時(shí)該開(kāi)關(guān)基本達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài),監(jiān)測(cè)器監(jiān)測(cè)到E y 2 的值約等于2左右,可以認(rèn)定為處于光開(kāi)關(guān)的開(kāi)通狀態(tài),實(shí)現(xiàn)了全光開(kāi)關(guān)開(kāi)啟的功能。

首先對(duì)該環(huán)形諧振腔進(jìn)行分析研究,通過(guò)在光子晶體中剔除16根介質(zhì)柱,設(shè)計(jì)成如圖2所示的環(huán)形諧振腔,該光子晶體介質(zhì)柱材料為非線(xiàn)性材料,有效折射率為3.1,克爾系數(shù)為9×10-17 m2/W,介質(zhì)填充比為0.2,晶格常數(shù)為0.50 μm。通過(guò)在諧振腔內(nèi)添加一個(gè)激勵(lì)和監(jiān)測(cè)器,就可以對(duì)諧振腔的諧振進(jìn)行分析,從而求出其諧振波長(zhǎng)。大量研究證明,激勵(lì)和監(jiān)測(cè)器只要不在對(duì)稱(chēng)位置即可求解諧振腔的諧振頻率。利用MatLAB仿真軟件對(duì)該諧振腔使用FDTD進(jìn)行分析,設(shè)置邊界為完全匹配層,通過(guò)監(jiān)測(cè)器可以得到該諧振腔的諧振波長(zhǎng)。按照上述預(yù)置參數(shù)進(jìn)行計(jì)算,得到如圖3(a)所示的結(jié)果,圖中橫坐標(biāo)為波長(zhǎng),縱坐標(biāo)為監(jiān)測(cè)器掃描到的結(jié)果,其值為E y 2 ,從圖中可以得到在預(yù)置參數(shù)下該諧振腔在1.55 μm范圍內(nèi)不存在諧振。通過(guò)多次修改參數(shù),得到如圖3(b)所示的結(jié)果,即當(dāng)晶格常數(shù)為0.506 μm,介質(zhì)填充比取0.2,折射率取值3.1時(shí),諧振腔的諧振波長(zhǎng)趨向于1.55 μm。因?yàn)椴捎萌A非線(xiàn)性材料,當(dāng)入射光波光強(qiáng)增大時(shí),由公式 n=n0+n2×I可知,將會(huì)導(dǎo)致介質(zhì)柱的折射率增大。在其他參數(shù)不變的情況下,將介質(zhì)折射率增大為3.13時(shí),得到如圖3(c)的結(jié)果,可以看出在折射率增大后該諧振腔的諧振頻率也會(huì)隨之變化,導(dǎo)致波長(zhǎng)為1.55 μm的光波不會(huì)在腔內(nèi)發(fā)生諧振。圖2 四環(huán)形諧振腔結(jié)構(gòu)示意圖

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號(hào)：3612908