發(fā)布時(shí)間：2017-03-27 09:11

  本文關(guān)鍵詞：波導(dǎo)微腔耦合系統(tǒng)的光開關(guān)及濾波特性的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：如何得到速度高、閾值低的光開關(guān)及光調(diào)制器件,是實(shí)現(xiàn)微納全光集成的基礎(chǔ)。光波導(dǎo)諧振腔耦合結(jié)構(gòu)把諧振腔和光波導(dǎo)各自的特點(diǎn)結(jié)合了起來,能夠?qū)崿F(xiàn)微納全光集成。光波導(dǎo)共振腔耦合結(jié)構(gòu)在光存儲(chǔ),光調(diào)制,光開關(guān),光濾波器,密集波分復(fù)用等領(lǐng)域有重大的應(yīng)用。本論文主要研究了光波導(dǎo)共振腔耦合結(jié)構(gòu)的光學(xué)特性,以及由其構(gòu)成的光開關(guān)的特性。利用二維時(shí)域有限差分法模擬了一些光子器件的光學(xué)特性。首先,我們研究了由直波導(dǎo)和環(huán)形諧振腔構(gòu)成的復(fù)合結(jié)構(gòu)的光透射率特性,計(jì)算結(jié)果表明,在透射光譜中出現(xiàn)了阻帶。由于這個(gè)阻帶對(duì)環(huán)形諧振腔內(nèi)的折射率變化很敏感.而且發(fā)現(xiàn)非線性雙環(huán)形腔波導(dǎo)耦合結(jié)構(gòu)可以被用來設(shè)計(jì)雙通道全光開關(guān)。兩開關(guān)通道的開關(guān)比分別達(dá)到16.6 dB和10.37 d1B。接著我們基于雙平行直波導(dǎo)環(huán)形諧振腔耦合結(jié)構(gòu)提出了一種雙向全光開關(guān)。最后通過增加環(huán)形諧振腔的數(shù)目,可以設(shè)計(jì)多通道全光開關(guān)模型。隨后,我們研究了基于金屬-介質(zhì)-金屬(metal-insulator-metal,MIM)表面等離極化激元波導(dǎo)的石墨烯材料結(jié)構(gòu)的可調(diào)諧光開關(guān),并研究該結(jié)構(gòu)的光透射率特性。該結(jié)構(gòu)由一個(gè)輸入MIM波導(dǎo)、兩個(gè)輸出MIM波導(dǎo)和兩石墨烯網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)組成。數(shù)值計(jì)算結(jié)果表明,由于石墨烯材料的雙重特性,通過控制外加門電壓的大小,可以實(shí)現(xiàn)該結(jié)構(gòu)杰出的光開關(guān)特性。通過在不同的區(qū)域施加不同的門電壓我們引入了石墨烯環(huán)形諧振腔,從而構(gòu)建了一種含有石墨烯環(huán)形諧振腔結(jié)構(gòu)的等離子體光開關(guān),該開關(guān)具有尺寸小易于調(diào)諧等特點(diǎn)。上述結(jié)果有助于設(shè)計(jì)復(fù)合結(jié)構(gòu)光開關(guān),滿足特定的開關(guān)需要。接著,我們研究了工作波段在近紅外波段內(nèi)的等離子體濾波器結(jié)構(gòu)模型。該結(jié)構(gòu)將液晶材料和光流控制系統(tǒng)結(jié)合起來。數(shù)值計(jì)算結(jié)果表明,通過外加光流控制系統(tǒng)或者通過調(diào)節(jié)液晶材料分子的取向形態(tài)可以操控濾波器的中心波長。此外,我們還提出了一種基于克爾介質(zhì)的功率分束器,并且用耦合模理論和FDTD方法計(jì)算了該結(jié)構(gòu)的光透射譜。研究表明通過控制外加控制光強(qiáng)可以調(diào)節(jié)輸出波導(dǎo)中透過功率的比例大小。最后,我們研究了基于MIM波導(dǎo)邊耦合諧振腔體系的等離子體相干效應(yīng)。首先在MIM波導(dǎo)邊耦合多個(gè)矩形諧振腔的結(jié)構(gòu)中觀察到等離子體感應(yīng)透明效應(yīng),通過調(diào)節(jié)矩形諧振腔的幾何參數(shù),可以改變感應(yīng)透明窗口的的位置和帶寬。然后我們?cè)谝粋�(gè)銀納米盤邊耦合兩個(gè)不同長度納米棒結(jié)構(gòu)中觀察到了雙等離子體感應(yīng)透明效應(yīng),而且這個(gè)雙等離子體感應(yīng)透明窗口的波長和帶寬可以通過幾何結(jié)構(gòu)(比如金屬納米棒的長度和耦合距離)加以控制。最后,在MIM波導(dǎo)邊耦合矩形諧振腔中引入金屬納米墻我們觀察到了法諾共振。理論和模擬結(jié)果表明這個(gè)法諾共振源于矩形諧振腔模和金屬納米墻引起的腔模之間的相互作用,且通過改變金屬納米腔的厚度和其與參考平面的距離能夠調(diào)節(jié)法諾共振的線型。本文的工作對(duì)于光子器件的設(shè)計(jì)和制作等起到了一定的指導(dǎo)作用。
【關(guān)鍵詞】：光波導(dǎo) Kerr非線性 表面等離子體激元 諧振腔 光開關(guān) 時(shí)域有限差分法
【學(xué)位授予單位】：武漢大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN814
【目錄】：

• 摘要7-9
• Abstract9-12
• 目錄12-14
• 第一章 緒論14-28
• 1.1 諧振腔簡介14-17
• 1.2 表面等離子體激元的基本性質(zhì)17-23
• 1.2.1 金屬的介電常數(shù)和Drude色散模型18-21
• 1.2.2 表面等離子激元的色散關(guān)系21-23
• 1.3 金屬波導(dǎo)的模式色散關(guān)系23-25
• 1.4 表面等離激元的應(yīng)用25-26
• 1.5 本文的研究意義和結(jié)構(gòu)安排26-28
• 第二章 計(jì)算模型和仿真方法28-42
• 2.1 時(shí)域有限差分方法28-35
• 2.1.1 直角坐標(biāo)系下的FDTD離散方程28-31
• 2.1.2 Yee氏網(wǎng)格31-33
• 2.1.3 解的穩(wěn)定性33-34
• 2.1.4 邊界條件34-35
• 2.1.5 激勵(lì)源的選擇35
• 2.2 耦合模理論35-38
• 2.3 傳輸矩陣方法38-40
• 2.4 本章小結(jié)40-42
• 第三章 環(huán)形諧振腔的特性及全光開關(guān)的研究42-58
• 3.1 環(huán)形諧振腔的光傳輸特性42-44
• 3.2 全光開關(guān)的研究44-47
• 3.3 數(shù)值仿真及結(jié)果分析47-55
• 3.4 光開關(guān)的性能分析55-57
• 3.5 本章小結(jié)57-58
• 第四章 石墨烯諧振腔及其全光開關(guān)研究58-72
• 4.1 石墨烯特殊的光電性質(zhì)58-65
• 4.2 基于石墨烯材料的光開關(guān)的研究65-71
• 4.3 本章小結(jié)71-72
• 第五章 基于液晶諧振腔的可調(diào)諧光流濾波器的研究72-84
• 5.1 液晶和光流的介紹72-73
• 5.2 基于液晶諧振腔的可調(diào)諧光流濾波器的結(jié)構(gòu)模型73-77
• 5.3 結(jié)果分析77-82
• 5.4 本章小結(jié)82-84
• 第六章 基于波導(dǎo)諧振腔耦合結(jié)構(gòu)的功率分流計(jì)及其等離子體相干效應(yīng)84-117
• 6.1 基于克爾介質(zhì)的矩形諧振腔的可調(diào)諧功率分流計(jì)84-91
• 6.2 MIM波導(dǎo)邊耦合諧振腔中的等離子體相干效應(yīng)91-116
• 6.2.1 基于MIM波導(dǎo)邊耦合諧振腔結(jié)構(gòu)的等離子體感應(yīng)透明效應(yīng)91-99
• 6.2.2 基于納米棒-納米盤耦合結(jié)構(gòu)的雙等離子體感應(yīng)透明效應(yīng)99-107
• 6.2.3 基于MIM波導(dǎo)諧振腔復(fù)合結(jié)構(gòu)的法諾效應(yīng)107-116
• 6.3 本章小結(jié)116-117
• 第七章 總結(jié)與展望117-119
• 參考文獻(xiàn)119-130
• 攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文130-132
• 致謝132

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1 陳曉,鄒建;一種新穎的光開關(guān)[J];壓電與聲光;1993年04期

2 方來付,張杰,林綿鋒,劉雪源,顧畹儀,紀(jì)越峰;新型光開關(guān)的研究及其在光網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用[J];高技術(shù)通訊;2000年08期

3 ;僅有光開關(guān)還不足以形成透明網(wǎng)絡(luò)[J];光機(jī)電信息;2001年05期

4 ;光開關(guān)達(dá)到創(chuàng)記錄轉(zhuǎn)換[J];激光與光電子學(xué)進(jìn)展;2001年01期

5 徐榮,龔倩;新型光開關(guān)技術(shù)[J];通信世界;2001年16期

6 程曉飛,方來付,王健全,顧畹儀;光開關(guān)技術(shù)綜述[J];通訊世界;2001年07期

7 徐謙陽;;聲光開關(guān)的特點(diǎn)、原理、制造及安裝[J];電子天府;2001年Z1期

8 劉琳;光開關(guān)技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用[J];光纖與電纜及其應(yīng)用技術(shù);2002年06期

9 陳高庭;自鎖型2×2和1×4光開關(guān)[J];激光與光電子學(xué)進(jìn)展;2002年11期

10 羅鍛斌;;光開關(guān)技術(shù)研究進(jìn)展[J];中山大學(xué)研究生學(xué)刊(自然科學(xué)、醫(yī)學(xué)版);2002年02期

中國重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 鄭潔;周日凱;馬洪勇;胡強(qiáng)高;江山;;光開關(guān)綜述[A];第十屆中國科協(xié)年會(huì)信息化與社會(huì)發(fā)展學(xué)術(shù)討論會(huì)分會(huì)場(chǎng)論文集[C];2008年

2 宋金聲;;光開關(guān)的技術(shù)進(jìn)展和應(yīng)用[A];全國第十次光纖通信暨第十一屆集成光學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議（OFCIO’2001）論文集[C];2001年

3 賈翠萍;潘建旋;董瑋;王丹;周敬然;陳維友;;(100)硅基2×2光開關(guān)性能測(cè)試研究[A];全國第十二次光纖通信暨第十三屆集成光學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2005年

4 曹鐘慧;鮑俊峰;吳興坤;;一種超小型1×2微機(jī)械光開關(guān)[A];大珩先生九十華誕文集暨中國光學(xué)學(xué)會(huì)2004年學(xué)術(shù)大會(huì)論文集[C];2004年

5 黃景元;農(nóng)學(xué)勤;胡勇康;;2×2單模光開關(guān)研制與應(yīng)用[A];廣西光學(xué)學(xué)會(huì)2002年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2002年

6 陳明;徐邁;王維彪;馬少杰;夏玉學(xué);李淳飛;;非線性一維光子晶體光開關(guān)與光雙穩(wěn)[A];大珩先生九十華誕文集暨中國光學(xué)學(xué)會(huì)2004年學(xué)術(shù)大會(huì)論文集[C];2004年

7 葛陸泉;李錫華;肖彩俠;金寧;江曉清;楊建義;周強(qiáng);王明華;;零電壓狀態(tài)下的非對(duì)稱Y分支數(shù)字光開關(guān)設(shè)計(jì)[A];全國第十三次光纖通信暨第十四屆集成光學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2007年

8 肖立峰;劉迎;;集成光學(xué)聲光光開關(guān)隔離度的研究[A];中國光學(xué)學(xué)會(huì)2006年學(xué)術(shù)大會(huì)論文摘要集[C];2006年

9 張培玉;郝一龍;李婷;王穎;劉詩美;陳文茹;武國英;;微機(jī)械光開關(guān)中的微扭轉(zhuǎn)鏡陣列[A];第一屆全國納米技術(shù)與應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2000年

10 王丹;彭小峰;;一種MEMS光開關(guān)的原理及設(shè)計(jì)[A];廣西光學(xué)學(xué)會(huì)2002年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2002年

中國重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫 前8條

1 胡慧平;引言-----半導(dǎo)體光開關(guān)[N];中國電子報(bào);2002年

2 記者吳仲國;日本開發(fā)出新型光開關(guān)[N];科技日?qǐng)?bào);2002年

3 吳映紅;半導(dǎo)體光開關(guān)——光網(wǎng)絡(luò)核心元件[N];中國電子報(bào);2000年

4 常麗君;科學(xué)家研制出單原子光開關(guān)系統(tǒng)[N];科技日?qǐng)?bào);2013年

5 吳莉;新型磁光光開關(guān)[N];經(jīng)濟(jì)參考報(bào);2003年

6 ;山東新型磁光光開關(guān)通過鑒定[N];今日信息報(bào);2003年

7 ;照明設(shè)計(jì)要仔細(xì)[N];中國綠色時(shí)報(bào);2002年

8 記者 吳仲國;日利用人造晶體使光減速99%[N];科技日?qǐng)?bào);2002年

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1 陳方;波導(dǎo)微腔耦合系統(tǒng)的光開關(guān)及濾波特性的研究[D];武漢大學(xué);2015年

2 王浙輝;硅基微機(jī)械光開關(guān)研究[D];中國科學(xué)院研究生院（上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所）;2003年

3 靳琳;硅基高分子聚合物光開關(guān)研究[D];吉林大學(xué);2012年

4 盧山鷹;干涉型鈮酸鋰基集成光開關(guān)研究[D];浙江大學(xué);2004年

5 董瑋;體硅微機(jī)械光開關(guān)的設(shè)計(jì)與制作工藝的研究[D];吉林大學(xué);2004年

6 孫小強(qiáng);基于PMMA的聚合物光開關(guān)器件研究[D];吉林大學(xué);2010年

7 鮑俊峰;基于微加工技術(shù)的光開關(guān)及光互連結(jié)構(gòu)研究[D];浙江大學(xué);2006年

8 宋艷生;基于二次電光效應(yīng)的電控全息光開關(guān)的研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2011年

9 孫健;硅基聚合物光開關(guān)器件的研究[D];吉林大學(xué);2015年

10 高磊;基于負(fù)型光刻膠SU-8的光開關(guān)的研究[D];吉林大學(xué);2010年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 張鴻潮;高速光交換芯片的系統(tǒng)仿真研究[D];電子科技大學(xué);2015年

2 范麗;低成本1xN光開關(guān)的研制[D];武漢郵電科學(xué)研究院;2009年

3 楊長屹;2×2 InGaAsP/InP MMI-MZI型光開關(guān)的理論與實(shí)驗(yàn)研究[D];北京郵電大學(xué);2009年

4 朱繼華;微機(jī)械光開關(guān)的設(shè)計(jì)與制造[D];北京郵電大學(xué);2010年

5 劉東棟;一種基于體硅微機(jī)械工藝的微機(jī)械光開關(guān)的研究[D];浙江大學(xué);2002年

6 趙清;1×4機(jī)械式光開關(guān)的理論分析與研制[D];華中科技大學(xué);2004年

7 張發(fā)國;一種反射式微型光開關(guān)的相關(guān)技術(shù)研究[D];重慶大學(xué);2008年

8 雷偉;聚合物熱光光開關(guān)電極研究[D];華中科技大學(xué);2004年

9 鄭毅;聚合物8x8高速熱光光開關(guān)集成芯片驅(qū)動(dòng)與控制系統(tǒng)的研究[D];華中科技大學(xué);2004年

10 蔣烽;基于半導(dǎo)體化合物微碟光開關(guān)研究[D];浙江大學(xué);2008年

  本文關(guān)鍵詞：波導(dǎo)微腔耦合系統(tǒng)的光開關(guān)及濾波特性的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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