隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展,人們對(duì)信息容量和傳輸速度的要求不斷提高,電子器件的性能逐漸面臨瓶頸。與傳統(tǒng)的電子技術(shù)相比,全光網(wǎng)絡(luò)在信息的容量和數(shù)據(jù)傳輸速率等方面有更多的優(yōu)勢(shì),利用光子代替電子,可以有效解決電子之間的相互干擾問題,提高器件的傳輸速率和抗干擾能力。光子晶體邏輯器件作為全光網(wǎng)絡(luò)器件之一,因其傳輸損耗低、諧振譜窄、尺寸小、便于集成等優(yōu)點(diǎn),受到人們的重視和廣泛研究,在新興的集成光學(xué)和全光通信網(wǎng)絡(luò)中具有潛在的應(yīng)用前景。本文主要圍繞二維光子晶體環(huán)形諧振腔與微腔的耦合特性,利用線性干涉原理,對(duì)光子晶體全光邏輯門和加法器的技術(shù)進(jìn)行研究與分析,并對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化,以減小元器件尺寸,提高器件性能。論文主要研究?jī)?nèi)容包括:（1）利用平面波展開法和時(shí)域有限差分法,研究分析了正方晶格結(jié)構(gòu)的光子晶體能帶結(jié)構(gòu),以及環(huán)形諧振腔和微腔的耦合特性及傳輸規(guī)律,并總結(jié)其影響規(guī)律;結(jié)果表明:當(dāng)微腔外介質(zhì)柱尺寸保持不變時(shí),隨著微腔內(nèi)介質(zhì)柱半徑增大,環(huán)形腔和微腔的耦合諧振峰將向低頻方向移動(dòng),保持微腔內(nèi)介質(zhì)柱半徑不變,當(dāng)外介質(zhì)柱半徑增大時(shí),耦合諧振峰將向高頻頻方向移動(dòng)。（2）利用環(huán)形諧振腔和微腔的耦合規(guī)律,通過控制微腔中心介... 

【文章來源】：蘭州交通大學(xué)甘肅省

【文章頁(yè)數(shù)】：65 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

一維(1D)、二維(2D)、三維(3D)光子晶體示意圖

蘭州交通大學(xué)碩士學(xué)位論文-5-三維光子晶體的禁帶寬度要比其它兩種更寬，從結(jié)構(gòu)上也可以看出它的控制能力更強(qiáng)，所以制備三維光子晶體的過程比其他兩種類型的光子晶體困難得多。根據(jù)光子晶體的填充形式不同，光子晶體可以分為介質(zhì)柱型和空氣孔型光子晶體。如圖2.2(a)所示，介質(zhì)柱型是在空氣中填充周期性分布的高折射率的介質(zhì)柱型材料形成，空間中介電常數(shù)在與介質(zhì)柱垂直的方向上呈現(xiàn)周期分布的函數(shù)，而在與介質(zhì)平行的方向上是不隨空間位置變化的。因此，這種光子晶體在x-y平面上具有周期性，而在z軸方向上是連續(xù)不變的；如圖2.2(b)所示，空氣孔型光子晶體是通過在基板材料上按一定規(guī)律刻蝕出空氣孔形成的光子晶體結(jié)構(gòu)。因此材料排列不同時(shí)，折射率分布也不同，導(dǎo)致光子晶體的帶隙分布情況不同。按照光子晶體的晶格結(jié)構(gòu)不同，光子晶體可以分為三角晶格和正方形晶格結(jié)構(gòu)光子晶體。(a)(b)圖2.2光子晶體結(jié)構(gòu)圖(a)介質(zhì)柱型(b)空氣孔型由于光子晶體存在光子禁帶特性，使得與諧振腔耦合頻率相同的光波被限制禁止在光子晶體中傳輸，可以采用去掉介質(zhì)柱或改變介質(zhì)柱的半徑大小的方式，在完整光子晶體中其中引入缺陷來行成環(huán)形諧振腔或波導(dǎo)，使得原來禁止傳播的光信號(hào)又可以在波導(dǎo)內(nèi)反射傳播，這和傳統(tǒng)的全內(nèi)反射原理有著很大的區(qū)別。用其設(shè)計(jì)的光學(xué)邏輯器件具有傳輸效率高、響應(yīng)速度快、體積小便與集成、損耗低等優(yōu)勢(shì)，因其制作工藝簡(jiǎn)單，易于集成等優(yōu)點(diǎn)，具有很好的應(yīng)用價(jià)值，因此在近些年來受到了多方的廣泛關(guān)注，依據(jù)這些特性設(shè)計(jì)了許多應(yīng)用價(jià)值很高的通信器件，如光開關(guān)[36-37]、光分束器[38-39]、光波分復(fù)用器[40-41]和光纖傳感器[42-43]等邏輯器件。

蘭州交通大學(xué)碩士學(xué)位論文-7-模式的光波又稱為橫磁模，是指在有電場(chǎng)的分量而沒有磁場(chǎng)的分量，磁場(chǎng)方向與傳播方向是垂直的。圖2.3光子晶體帶隙圖圖2.3為光子晶體的能帶結(jié)構(gòu)圖，圖中由各個(gè)點(diǎn)構(gòu)成的曲線都是理想二維光子晶體的光子能帶，其中Γ、X和M分別為布里淵區(qū)倒格空間的三個(gè)坐標(biāo)。圖中顯示，在歸一化頻率0.284(a/λ)~0.421(a/λ)和0.722(a/λ)~0.746(a/λ)之間存在兩條TE模式的禁帶；在歸一化頻率0.818(a/λ)~0.831(a/λ)之間存在一條TM模式的禁帶。其中，a為晶格常數(shù)，λ為波長(zhǎng)。由于光子晶體在光子帶隙中不具有光子態(tài)，因此頻率落在光子帶隙中的光波將被禁止在內(nèi)而無法通過光子晶體。通常，禁帶越寬，對(duì)入射光波的控制能力越強(qiáng)，設(shè)計(jì)的邏輯器件性能就越穩(wěn)定，所以在圖2.3所示的能帶結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的器件參數(shù)中，應(yīng)該選擇頻率處于0.284(a/λ)~0.421(a/λ)范圍內(nèi)的一條禁帶，這樣為后續(xù)器件結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇打下理論基矗決定光子晶體帶隙結(jié)構(gòu)的主要因索有組成光子晶體的介質(zhì)之間的折射率差、高和低折射率的介質(zhì)材料在晶格中所占的比率，即填充比，以及它們?cè)诳臻g的排列結(jié)構(gòu)。一般，不同材料間的折射率差越大，帶隙越寬，器件達(dá)到的性能也就越高。2.2.2光子局域光子局域化是光子晶體的另一個(gè)重要特性[47]。通過以去掉介質(zhì)柱或改變介質(zhì)柱的半徑大小的方式，在完整光子晶體中的引入一些缺陷，這些缺陷會(huì)破壞光子晶體原來的周期性和對(duì)稱性。這樣，在光子晶體的禁帶中將出現(xiàn)一些窄頻帶的局域模式，被稱為缺陷

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
[1]基于光子晶體缺陷結(jié)構(gòu)的光通信器件的設(shè)計(jì)與研究[D]. 彭瑤.廣西師范大學(xué) 2018
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本文編號(hào)：3599681