微腔与光学微纳结构的模式耦合研究

发布时间：2020-08-22 10:17

【摘要】：光学微腔在微纳光子器件中有重要应用，是集成光学和全光通信的重要基础。以光学微腔为主要结构的微纳系统，已经引起了人们的广泛兴趣，特别是其中的模式耦合特性以及光调控机理研究。本文分别研究了光学微腔与光栅以及与波导的耦合结构中的光子行为，探讨了其物理性质及可能应用。 本文主要工作如下： (1)分分别别把把金金属属光光栅栅和和介介质质光光栅栅置置于于半半导导体体微微腔腔的的顶顶部部和和底底部部，，来来研研究究其其对对半半导导体体微微腔腔模模式式的的剪剪裁裁效效应应。在这个结构中，半导体微腔模和光栅衍射模会Fano法诺共振有很大影响。对于金属光栅其Fano共振透射谱为“S”线型，而介质光栅的透射谱则为反“S”线型。这两种Fano共振线型可以用来剪裁半导体微腔模实现光的极窄透射。其透射谱的半高宽可以达到0.1nm。最后证明了该方法具有一定普适性，也适用于其他波导-光栅结构。 (2)在在波波导导侧侧边边耦耦合合微微腔腔的的基基础础上上提提出出了了波波导导侧侧边边耦耦合合JC链链结结构构。。该该工工作作使使用用实实空空间间哈哈密密顿顿量量方方法法理理论论研研究究了了波波导导边边界界耦耦合合JC链链结结构构中中单单光光子子透透射射行行为为。可以发现JC链会引起光子的群延迟和群超前在不同的频率范围内，而这些频率是由JC链的本征模式决定。还发现对于群超前和群延迟来说，存在不同的最佳JC链长度。在某些频率处，群延迟的最大值会随着腔的损耗降低而增大，然而群延迟则会达到饱和。对于1.55-μm光子，可以计算出其群延迟可以达到400ps同时取得很大的透射率。 (3)在在波波导导侧侧边边耦耦合合微微腔腔结结构构的的基基础础上上提提出出了了单单光光子子多多带带滤滤波波器器的的模模型型，，该该模模型型是是波波导导侧侧边边耦耦合合一一系系列列微微腔腔。此处使用了实空间哈密顿量方法研究了该模型的单光子透射行为。可以发现该模型中单光子透射行为依赖于腔模本征频率、腔与腔之间相对相位、微腔的数量、及微腔与波导的耦合强度。通过调控微腔的本征频率及微腔之间相对相位，可以在透射谱中得到多阻带区域及类似矩形的透射谱。基于此模型，作者分别从理论上设计了太赫兹波段及光通讯波段的的多带滤波器。
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN601

【共引文献】

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本文编号：2800567