【摘要】：微納光子學是當今光學領域的熱門研究領域之一。當結(jié)構(gòu)的尺度達到微納米量級時,光波將在其中發(fā)生一系列有趣的現(xiàn)象,如分立衍射、分立孤子、帶隙孤子、小孔衍射增強效應、量子點發(fā)光效應等�；谝陨衔锢憩F(xiàn)象,人們成功研制出了光波導陣列、微納光學二極管、量子點材料、納米激光器、納米線柵偏振器、等微納米光子學器件。這些工作在光互聯(lián)、光開關、光通信和光集成電路等方面都具有重要的研究和應用價值。然而目前,此類研究中相當一部分關注的都是周期性微納光子學結(jié)構(gòu)。當微納米光子學結(jié)構(gòu)這種周期性被系統(tǒng)地調(diào)制時,光波的傳輸現(xiàn)象將可能發(fā)生嚴重的改變�；谝陨纤枷�,本文主要研究了以下內(nèi)容：第一章的緒論部分主要闡述了幾種常見的微納光子學結(jié)構(gòu)和光波在這些結(jié)構(gòu)中基本的傳輸機制。我們首先介紹了含有缺陷的光子晶格結(jié)構(gòu)；其次引入了調(diào)制型光子晶格的概念并介紹了不同的調(diào)制類型,簡述了光波在這樣系統(tǒng)中的傳輸規(guī)律；最后介紹了非線性光學的一些基礎知識；第二章介紹了微納光子學領域常用的光傳輸理論和數(shù)值方法。我們首先數(shù)學求導了描述光波傳輸規(guī)律的非線性薛定諤方程,介紹了平行波導中的超模理論和耦合波方程的求解方法；然后詳細推導描述了文中所使用到的兩種數(shù)值方法,即快速傅里葉變換光束傳輸法和平面波展開法；第三章中我們設計研究了四種不同類型的橫向間距調(diào)制型光子晶格。數(shù)值模擬研究了光波在此類系統(tǒng)中的傳播現(xiàn)象。研究發(fā)現(xiàn)：光波分別在由正雙曲正割勢壘和正矩形勢壘構(gòu)成的勢阱結(jié)構(gòu)中可以發(fā)生局域傳輸現(xiàn)象,并且出現(xiàn)周期性的自再現(xiàn)；在負雙曲正割勢壘構(gòu)成的勢阱結(jié)構(gòu)中光波會出現(xiàn)無反射傳輸現(xiàn)象,然而在負矩形勢阱中光波的傳輸行為將發(fā)生振蕩衰減的特點。此外,我們利用負雙曲正割勢壘和負矩形勢壘其本身能夠局域光束這一性質(zhì),研究了寬光束在勢壘耦合器間的線性耦合和非線性局域現(xiàn)象。我們的工作為光子晶格中的光束控制提供了新的思路和方法；第四章主要研究了橫向間距啁啾調(diào)制型光子晶格中光波的非對稱傳輸現(xiàn)象。我們用將光子晶格中波導間距分層調(diào)制的方式,設計出了可以實現(xiàn)光波線性非對稱傳輸行為的光子晶格結(jié)構(gòu)。從理論方面推導了光波透過率對比度的數(shù)學表達式,找出了影響透過率對比度的因素,從數(shù)值方面描述了不同調(diào)制晶格中光波的非對稱傳輸圖案。研究結(jié)果表明,透過率對比度僅與調(diào)制晶格區(qū)域兩邊緣處的耦合系數(shù)差有關,與調(diào)制區(qū)域的波導層數(shù),調(diào)制啁啾類型都無關。數(shù)值和理論結(jié)果彼此間實現(xiàn)了很好地相互應證；第五章研究了調(diào)制型微納光子學結(jié)構(gòu)(彎曲波導)中光波的傳輸現(xiàn)象。我們設計了縱向彎曲的波導耦合器和橫向間距調(diào)制的彎曲波導陣列。在一個雙波導構(gòu)成的彎曲耦合器中,通過改變不同的結(jié)構(gòu)參量研究了影響光耦合效率的因素；在彎曲波導陣列中,同樣引入了上述的四種勢壘結(jié)構(gòu)并以此制作出相應的勢阱,研究了光束在這樣調(diào)制型彎曲波導陣列中出現(xiàn)的類動態(tài)局域的光傳輸現(xiàn)象。結(jié)果表明,當波導沿著縱向調(diào)制遵循正弦或余弦函數(shù)時,在正雙曲正割和正矩形彎曲波導陣列中,可以在不滿足動態(tài)局域的條件下實現(xiàn)與動態(tài)局域類似的光傳輸效果；第六章研究了以非晶硅材料為基質(zhì)的微納光子學晶體的制作,及光波的自相位調(diào)制現(xiàn)象。首先我們基于慢光條件設計了兩種幾何結(jié)構(gòu)的微納光子晶體,并討論了兩種可行的晶體制作方案。研究了在結(jié)構(gòu)支持的慢光條件下,光波在非晶硅光子晶體中出現(xiàn)的自相位調(diào)制效應。研究發(fā)現(xiàn),由于慢光條件對于非線性效應的提升,光脈沖在傳輸過程中發(fā)生了明顯的劈裂現(xiàn)象。
【學位授予單位】：西北大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：O437

【參考文獻】

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1 陳躍華;介質(zhì)波導系統(tǒng)中的耦合模理論[J];電子科技大學學報;1991年04期

2 廖幫全,趙啟大,馮德軍,丁鐳,趙春柳,董孝義;光纖耦合模方程及其應用[J];南開大學學報(自然科學版);2002年04期

3 吳錦花;傅喜泉;文雙春;;一維光學格子孤子的傳輸特性及控制研究[J];物理學報;2006年04期

4 李會玲;王京霞;宋延林;;光子晶體的制備與應用研究[J];自然雜志;2009年03期

本文編號：2775657