隨著光通信技術(shù)的快速發(fā)展,全光通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展優(yōu)勢(shì)越來(lái)越明顯,光子晶體作為一種人工材料在研究中取得了長(zhǎng)足的發(fā)展。由于光子晶體特殊的周期性結(jié)構(gòu),使得晶體內(nèi)部運(yùn)動(dòng)的電子受到布拉格散射,因此產(chǎn)生光子帶隙特性和光子局域特性。全光邏輯門在全光通信網(wǎng)絡(luò)中能夠進(jìn)行快速信息處理和全光計(jì)算,提高了全光網(wǎng)絡(luò)通信傳輸?shù)母咝院涂煽啃�。利用光子晶體帶隙特性和光子局域特性,設(shè)計(jì)出更加性能優(yōu)越的光子晶體全光邏輯門器件,將會(huì)提高邏輯門結(jié)構(gòu)的判斷效率,使得光學(xué)集成密集度更高,應(yīng)用更加廣泛,促進(jìn)全光通信網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展。本文首先對(duì)全光邏輯門的發(fā)展和研究現(xiàn)狀做了介紹,由于目前現(xiàn)有類型的全光邏輯門尺寸較大,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,存在很多的缺點(diǎn),而本文采用光子晶體材料可以大大降低結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。其次對(duì)本文研究光子晶體的兩種理論方法,平面波展開(kāi)法和有限時(shí)域差分法分別做了分析介紹。然后研究了光子帶隙形成的影響因素,通過(guò)模擬仿真得出晶格類型、介質(zhì)柱形狀、介質(zhì)填充率和相對(duì)折射率是光子帶隙的主要影響因素,同時(shí)深入研究了不同影響因素下光子帶隙的形成機(jī)制。最后在光子帶隙的特性基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了基于二維光子晶體環(huán)形諧振器的全光非門和或非門邏輯結(jié)構(gòu),通過(guò)選取正方形... 

【文章來(lái)源】：蘭州交通大學(xué)甘肅省

【文章頁(yè)數(shù)】：58 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖1.1兩種不同光纖組成的非對(duì)稱耦合器上文提到的光學(xué)克爾效應(yīng)就是指一類介質(zhì)的折射率與入射光功率強(qiáng)度有關(guān)的非線

淮嬖諍??叵擔(dān)?酥止庾泳?宓拇?對(duì)誚櫓什牧轄惶媾挪嫉姆較蟶稀Ｍ?3.1(c)為三維光子晶體，它是由介質(zhì)點(diǎn)構(gòu)成，在三維方向上，兩種不同的介質(zhì)材料按照一定的體積大小交替周期性的排布，這也意味著它是一種全方位的光子帶隙，在各個(gè)方向上均有分布，在理論上來(lái)說(shuō)三維光子晶體能夠?qū)崿F(xiàn)更多的功能，但是現(xiàn)階段三維光子晶體的制備工藝存在一定的難度。所以使用二維光子晶體代替三維光子晶體進(jìn)行研究，能夠更容易分析其在兩個(gè)方向上產(chǎn)生的帶隙，可以引入點(diǎn)缺陷和線缺陷，為后期研究控制光在平面內(nèi)傳輸打下條件基矗(a)(b)(c)圖3.1光子晶體結(jié)構(gòu)示意圖光子晶體雖然是個(gè)新名詞，但是自然界中早已存在有這種性質(zhì)的物質(zhì)，在澳洲有一種由二氧化硅納米球沉淀形成的寶石蛋白石，它的色彩繽紛的外觀與人們認(rèn)知里的色素毫無(wú)關(guān)系，其形成原因是它在幾何結(jié)構(gòu)上周期性排布使它具有了光子能帶結(jié)構(gòu)，隨著帶隙位置的不同，反射光的顏色也跟著發(fā)生變化。在生物界也同樣存在有光子晶體的蹤影，蝴蝶翅膀上的斑斕色彩，也不是色素的原因，而是翅膀鱗粉上排列整體的次微米結(jié)構(gòu)，選擇性反射日光的結(jié)果。生物學(xué)家還發(fā)現(xiàn)澳洲海老鼠的毛發(fā)也具有六角晶格結(jié)構(gòu)，這與人工制備的光子晶體介質(zhì)柱結(jié)構(gòu)相類似。3.2光子晶體的特性分析光子晶體作為一種人工納米材料，具有很多特性，比如自身形成的周期性、光子帶隙、光子局域、自準(zhǔn)直效應(yīng)和表面態(tài)等。光子晶體最初的分析是按照半導(dǎo)體來(lái)研究，由于光子晶體在空間上是周期性排布，晶體內(nèi)部的折射率也是呈現(xiàn)一定的周期，這與半導(dǎo)

基于二維光子晶體全光邏輯門的設(shè)計(jì)研究-18-體有很多的相似之處，所以可以用半導(dǎo)體的各種物理特性來(lái)分析了解光子晶體，兩者的研究方法有很多的相似之處。如下表3.1為半導(dǎo)體與光子晶體的一般物理特性比較。表3.1半導(dǎo)體與光子晶體的比較特性半導(dǎo)體光子晶體結(jié)構(gòu)結(jié)晶體由兩種（或以上）介電材料構(gòu)成的周期性結(jié)構(gòu)尺度原子尺度電磁波波長(zhǎng)調(diào)控對(duì)象費(fèi)米子玻色子波德布羅意波電磁波波動(dòng)方程薛定諤方程麥克斯韋方程組本征矢波函數(shù)電場(chǎng)強(qiáng)度、磁場(chǎng)強(qiáng)度特征帶隙、雜質(zhì)能級(jí)光子帶隙、缺陷結(jié)構(gòu)3.2.1光子晶體的周期特性如圖3.2所示為二維光子晶體的結(jié)構(gòu)示意圖，根據(jù)示意圖可以看出光子晶體類似于物理中的晶體結(jié)構(gòu)，在空間上由相同結(jié)構(gòu)單元無(wú)限重復(fù)形成，光子晶體的最小單元稱作基元，可用物理學(xué)中對(duì)晶體空間點(diǎn)陣分析來(lái)研究光子晶體的周期性。圖3.2二維光子晶體結(jié)構(gòu)示意圖用光子晶體介質(zhì)材料的介電函數(shù)ε(r)來(lái)分析光子晶體的周期性，其中可用三個(gè)矢量{a1,a2,a3}基元點(diǎn)陣構(gòu)成的晶體結(jié)構(gòu)來(lái)分析，空間點(diǎn)陣格矢為：123=m+m+m123Raaa，m1，m2，m3為整數(shù)。ε()=ε(+)=ε()RTrrRr(3.1)

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
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[3]基于二維光子晶體的全光邏輯門研究[D]. 王浩宇.哈爾濱師范大學(xué) 2015
[4]基于光子晶體的全光邏輯門研究[D]. �？〗�.電子科技大學(xué) 2015
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