双周期槽型腔—波导耦合光子晶体慢光特性研究

发布时间：2017-03-17 09:06

  本文关键词：双周期槽型腔—波导耦合光子晶体慢光特性研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在当今大力发展“全光网络”的时代,全光缓存器和全光信号处理器是真正实现全光网络的必要前提。而慢光技术被认为是实现全光缓存和全光信号处理的具有广阔应用前景的解决方案。相比于其它慢光技术,光子晶体慢光的优势在于具有潜在的大带宽、较低的色散、较小的器件体积、便于与现有的光通信器件集成以及可以在室温下实现慢光等特点。本文利用低折射率槽型波导对光场的禁锢及增强作用和高折射率耦合微腔能够以较低的损耗获得更小群速度慢光的特性,设计了一种高、低折射率交替的双周期槽型腔-波导耦合结构,分析了槽宽度和微腔周期的变化对其慢光特性的影响。结果表明:高、低折射率区的有机结合能够实现较好的慢光效果。本文所做的工作主要体现在以下几个方面:1、设计了一种单周期槽型光子晶体波导结构,即将完美光子晶体结构中间一行介质柱一分为二,以一定间距对称分布在中心轴的两侧,形成槽型缺陷。仿真结果表明:当槽宽度为晶格常量的0.18倍时,群速度减慢至真空中光速的0.0679倍,是槽宽度作为唯一结构参数达到的最佳效果。相应的慢光带宽为0.0073,群速度色散值在[-1,1]*105的数量级上。2、进一步对单周期槽型波导慢光特性进行优化:固定槽宽度为晶格常量的0.18倍,改变邻槽介质柱半径的大小,结果表明:当邻槽介质柱半径等于原半径的0.8倍时,获得最小群速度为真空中光速的0.0474倍,是在单独调节槽宽度的基础上,增加邻槽半径作为新的结构参数获得的最佳慢光效果。最小群速度比单独调节槽宽度获得的最小群速度降低了0.0205c(c为真空中光的传播速度),慢光带宽降低至0.0052,归一化延迟带宽积减小到0.3242。3、利用低折射率槽型波导对光场的禁锢及增强作用和高折射率耦合微腔能够以较低的损耗获得更小群速度慢光的特性,设计了一种高、低折射率交替的双周期槽型腔-波导耦合结构。仿真结果表明:当双周期槽型腔-波导耦合结构中槽宽度等于晶格常量的0.54倍时,获得了较真空中光速低3个数量级的慢光,此时群速度达到真空中光速的1.55*10-3倍,是槽宽度作为双周槽型腔-波导结构中唯一结构参数的最佳慢光效果。相应的归一化延迟带宽积为0.243,群速度色散处于[-1,1]*108数量级上。4、进一步对双周期槽型腔-波导耦合结构慢光特性进行优化:固定槽宽度为晶格常量的0.54倍,改变微腔周期的大小,结果表明:当微腔周期等于晶格常量的0.95倍时,获得了较真空中光速低4个数量级的慢光,此时群速度达到真空中光速的7.94*10-4倍,相比于单独调节双周期结构中的槽宽度,群速度又降低了一个数量级。相应的归一化延迟带宽积为0.244,具有较好的延迟带宽特性。
【关键词】：慢光 光子晶体 槽型波导 腔-波导耦合
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN252
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 研究背景和意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-13
• 1.3 研究内容13-14
• 1.4 全文结构14-16
• 第二章 光子晶体及慢光基础理论概述16-29
• 2.1 光子晶体概述16-20
• 2.1.1 基本概念16-18
• 2.1.2 光子带隙特性18-19
• 2.1.3 光子局域特性19-20
• 2.2 光子晶体慢光概述20-22
• 2.2.1 慢光基本概念20
• 2.2.2 光子晶体慢光机制20-22
• 2.3 常用数值分析方法22-27
• 2.3.1 平面波展开法22-26
• 2.3.2 时域有限差分法26-27
• 2.3.3 有限元法27
• 2.3.4 传输矩阵法27
• 2.4 主要仿真工具27-28
• 2.5 本章小结28-29
• 第三章 单周期槽型光子晶体波导慢光特性29-46
• 3.1 物理模型29-30
• 3.2 数学方法30-35
• 3.3 单周期槽型波导慢光特性的优化35-43
• 3.3.1 槽宽度对慢光特性的影响35-39
• 3.3.2 槽两侧半径对慢光特性的影响39-43
• 3.4 优化结果分析43-44
• 3.5 本章小结44-46
• 第四章 双周期槽型腔-波导耦合光子晶体设计46-60
• 4.1 物理模型46-47
• 4.2 数学方法47-49
• 4.3 双周期槽型腔-波导结构慢光特性的优化49-57
• 4.3.1 槽宽度对慢光特性的影响50-54
• 4.3.2 双周期对慢光特性的影响54-57
• 4.4 优化结果分析57-59
• 4.5 本章小结59-60
• 第五章 总结与展望60-63
• 5.1 总结60-61
• 5.2 展望61-63
• 参考文献63-70
• 致谢70-71
• 攻读硕士学位期间发表的论文71

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本文编号：252653