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三维光子晶体中集成器件的设计与模拟

发布时间:2018-11-25 15:35
【摘要】:与一维、二维光子晶体相比较,三维光子晶体具有完全带隙,可以在三维立体空间中实现对光的多方向,可控制传输。3D光子晶体的这一特性,对于实现光学器件的集成化设计具有重要的应用价值。本文采用时域有限差分方法(FDTD)对woodpile结构中空间多向传输的腔腔耦合波导、定向耦合器耦合长度的调节及介电常数非对称分布的空间选频器进行了理论模拟。首先,对woodpile结构中任意弯曲波导和腔腔耦合的平面和非平面波导传输特性进行了详细地分析和研究。首先设计了平面内的腔腔耦合波导和任意弯曲的C型和Z型波导,模拟了传输端的传输特性,结果表明该结构可以实现平面内光的可控制传输。接着设计了包含多方向传输的非平面的腔腔耦合波导,研究结果表明,该腔腔耦合波导实现了立体空间多方向同时传输的特性,从而实现光在三维立体空间中的可控制传输。接着,利用woodpile结构的立体特性,详细研究了定向耦合器耦合长度的调节问题。其一,考虑改变立体空间中及输入波导周围介质柱宽度改变对耦合长度的影响,结果表明改变耦合区域的柱子宽度,可以有效缩短耦合长度;其二,将耦合区的两根柱子同时沿相反的方向移动,减小耦合区空间介电常数的分布,研究结果表明该方法可以获得小于3a的耦合长度。最后,对woodpile结构中介电常数对称型分布微腔与非对称型微腔及其构成选频器的传输特性进行了详细的研究。研究结果表明:非对称型微腔可以有效控制各端口的输出频率。当进一步提高其非对称性时,通过不断旋转微腔与传输波导之间的夹角,可以实现对输出端口波长连续调节的作用。
[Abstract]:Compared with one-dimensional and two-dimensional photonic crystals, 3D photonic crystals have complete bandgap, which can realize the multi-direction of light in three-dimensional space and control the transmission. It has important application value for realizing the integrated design of optical devices. In this paper, (FDTD) method is used to simulate the cavity coupling waveguide, the directional coupler coupling length and the spatial frequency selector with asymmetric dielectric constant distribution in woodpile structure. Firstly, the propagation characteristics of planar and non-planar waveguides coupled by arbitrary curved waveguides and cavities in woodpile structures are analyzed and studied in detail. The cavity coupling waveguide in plane and the C-type and Z-type waveguides with arbitrary bending are designed. The transmission characteristics of the transmission terminal are simulated. The results show that the structure can realize the controllable transmission of light in the plane. Then, a cavity coupled waveguide with multi-direction transmission is designed. The results show that the cavity coupling waveguide can realize the multi-direction simultaneous transmission in the three-dimensional space, thus realizing the controllable transmission of light in the three-dimensional space. Then, the coupling length adjustment of directional coupler is studied in detail by using the stereoscopic characteristics of woodpile structure. First, considering the effect of changing the width of the dielectric cylinder in the solid space and around the input waveguide on the coupling length, the results show that the coupling length can be shortened effectively by changing the column width of the coupling region. Secondly, the two columns in the coupling region are moved in the opposite direction at the same time to reduce the distribution of the dielectric constant in the coupling region. The results show that the coupling length of the method is less than 3a. Finally, the transmission characteristics of the medium constant symmetric microcavity and asymmetric microcavity and the frequency selector in woodpile structure are studied in detail. The results show that asymmetric microcavity can effectively control the output frequency of each port. When the asymmetry is further improved, the continuous regulation of the wavelength of the output port can be realized by constantly rotating the angle between the microcavity and the transmission waveguide.
【学位授予单位】:北京化工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TN252;TN622

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本文编号:2356617

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