基于嵌入式超构单元的波导模式转换

发布时间：2021-01-10 19:55

　　光子技术是满足大数据和人工智能时代人们对信息传输和处理巨量需求的最佳解决方案之一。但目前光子系统的集成度较低导致无法完全发挥光子技术的优势,其中光信号的模式转换效率低是一个重要原因。为了克服这一瓶颈,本论文提出利用光学超表面提高亚波长波导结构中的模式转换效率。光学超构表面是利用亚波长周期单元构建的人工光学结构,其周期单元的横向尺寸和厚度都远小于工作波长。光学超表面可将传统光学器件厚度压缩到亚波长尺度,从而彻底改变传统光学器件的形态。但由于亚波长波导的横向尺寸小与周期排列的光学超表面尺寸不兼容,因此无法直接用于微纳光子结构中。为此,本论文提出将超构单元嵌入到亚波长光波导中来实现高效率模式转换。论文首先讨论二维和三维波导的理论分析方法,正确得到出波导的本征模以及传播常数,为后续研究奠定基础。利用耦合模分析得到波导不同空间模式实现完美转换的动量匹配条件,并在二维波导结构中构造出长周期光栅来实现该条件。进一步利用时域有限差分方法,研究该结构中基模和一阶模之间的相互转换,实现了近完美空间模式转换。为进一步减小转换结构长度,论文提出了反射式空间模式转换超构单元结构。在波导端面引入非对称的两个超构单... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：51 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

开口谐振环模型

于超材料的兴起。超材料最开始被称为提出超材料的观点[10]，超材料就是用里的原子或则分子。图 1-1 开口谐振环模型[10]存在介电常数和磁导率同时为负值的材的反响，直到 1999 年设计出的开口谐模型具有磁响应，可以通过其几何参以实现磁导率实部为负值，与此同时结

不同开口角度和方向“V”形天线对入射光场的相位延迟效果(a)无超表面 (b)有超表面图 1-4 两介质界面上广义斯涅耳定律推导的传输特性可以利用费马原理解释。由费马定律可知，出射的光到达 B 点满足光程稳定条件， nsin dx nsiniit 的斯涅耳定律 sin sin 0iittn n 。耳定律是以斯涅耳定律为基础的，如图 1-4(b)所示，从表面单元到达 B 点，同样满足费马原理，但由于此时度，费马原理修改为：[sin()][sin]0kn dx d n dx

【参考文献】：
期刊论文
[1]光纤端面集成金属光子结构传感器[J]. 刘飞飞,张新平.  激光与光电子学进展. 2017(02)

硕士论文
[1]超构表面透镜的色散调控研究[D]. 李可.中国科学院大学(中国科学院光电技术研究所) 2018



本文编号：2969314