非线性环型腔光子晶体波导的慢光特性研究

发布时间：2020-07-18 19:56

【摘要】：全光缓存、全光时延线等技术是实现“全光网络”的关键技术,而通过光子晶体来达到光速减慢的慢光效果为全光缓存和全光信号处理的实现和发展提供了新的契机。光子晶体慢光的优势在于具有体积小,带宽大,并且可在常温下实现慢光等优良特性。而在光子晶体中引入非线性材料,可由于其高能量增益特性而达到更好的慢光效果,为全光缓存和全光网络的实现具有重要意义。本文主要设计了非线性环型腔线缺陷波导与两种新型的耦合腔波导。线缺陷波导设计中对比了三角晶格与正方晶格的慢光性能,得出正方晶格结构更优,进一步优化正方晶格线缺陷波导结构得到了优质慢光。并在同结构下对比了非线性与线性、环型与圆型腔线缺陷波导的慢光特性,得出非线性环型腔线缺陷波导的慢光优势。为进一步降低群速度和提升带宽,设计构建了非线性环型与环圆等间型两种新型的耦合腔波导结构,对结构参数进行优化,得到了比线缺陷波导带宽更大色散更低的优质慢光波导。并分析验证了慢光特性与环内外半径比的规律关系,对两种耦合腔慢光波导进行了对比。本文创新点如下:1.通过优化设计,环型与圆型腔线缺陷波导在相同慢光群速度下,环型腔波导的带宽是圆型腔波导的近1.5倍,色散也有所减小。环型腔波导比圆型腔波导具有更好的慢光特性,而且所用材料更少,降低成本。2.设计了一种新型的非线性环圆等间耦合腔波导,通过对环外半径_1R与内半径R_2进行优化,在R_1(28)0.305a,R_2(28)0.149a时,获得最佳的慢光效应,此时的群速度为1.44?10~(-4)c,相应的归一化带宽为1.0?10~(-5),得到了低群速度和高带宽效果的慢光波导,并且具有很好的稳定性。3.通过分析发现:耦合腔波导圆环内外半径比R_2/R_1的大小影响其慢光性能,并且两者大小本身也是重要的影响因素;比例大小固定的情况下,存在一组最优的_1R与R_2;可将R_2/R_1作为新的变化参数对慢光波导进行优化,比较得出最优的环内外半径比。这种研究方法为光子晶体慢光波导的研究提供了指导作用。
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN252
【图文】：

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非线性环型腔光子晶体波导的慢光特性研究广泛研究的原因之一。三维光子晶体则是介电常数三个维度均是周期性的排列从而将形成相应的完全 PBG，使光脉冲不可以在所有的方向上传输。但三维光子晶体的计算量大，制备的难度也大，使得三维晶体的应用研究有限。与之比而言，二维光子晶体则制作难度更低，引入缺陷更为简单。

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江苏大学硕士学位论文 2f x 2 1 x 1 x/x，0x hc/ E， 00x hc/ E so 。是射率实部， hJs346.62610 是普朗克常量， c 2.99810m/s8 ，量。 A 6.319x0 ， B 9.410.2x0 跟 Al 的组成含量相关，x 为 Al 比例，值大小在 0 到 1 之间。 Ex0为带隙能 20 x 1. 765 1.115x 0.37x。图 2.2 为不同波长情况下 AlGax 1 x Al 含量的关系。前非线性光子晶体的研究还处在初始阶段，不过前景十分广阔，在体限幅器、光波束分裂与合成、光子开关方面都具有广泛的应用。

二维光子晶体,结构示意图,基矢,倒格子

图 2.3 二维光子晶体结构示意图Fig.2.3 Schematic diagram of two-dimensional photonic crystal structure首先对 εr 1 /进行傅里叶展开： iGrmNmmkGeεr 11(2.14)1u 、2u 为整数，1122Gububm 为倒格矢，1b 、2b 为基本倒格子矢量，倒格晶格基矢满足如下关系： ab 2 i,j 1,2ijij (2.15)式计算可得到正方和三角晶格的格点基矢1a 、2a 与倒格子基矢1b 、2b 两者的变换关系。正方晶格中，有 xaπbaax 2 11 (2.16)

【参考文献】