二维磁性光子晶体环行器探讨及其在微波频段的实验验证
发布时间：2021-10-30 02:40
光子晶体以其显著的特点可如人所愿地控制光子的运动,被认为是未来光子器件研制的核心。二维磁性光子晶体环行器是一种正向顺序导通而反向传输阻止的多端口非互易无源器件。该器件可被用于隔离相邻模块或器件之间的反射光,从而降低干扰、增强大规模集成光路的稳定性。首先,本论文介绍了二维磁性光子晶体的几种分析方法:采用平面波展开法计算光子晶体带隙结构及缺陷结构的模场分布;使用有限元方法将波动方程转化为有限元方程组,从而将求波导中电磁场的问题,转变为求解本征值及其对应的本征函数的问题。进而求解出电磁波在环行器中的传输情况。再者,利用三角晶格的二维磁性光子晶体缺陷结构,设计了三端口Y型铁氧体柱环行器。采用有限元方法模拟Y型波导和环行器的功能并计算外部特性,并在微波波段首次成功研制了Y型光子晶体环行器。该环行器在中心频率10GHz处隔离度高达-61.1dB。基于麦克斯韦方程的形式不变性理论,将光波波段的二维磁性光子晶体缺陷结构进行尺寸缩放以实现微波波段的二维磁性光子晶体环行器。分别以空气孔和介质柱阵列结构为基础在3mm波段设计了三端口Y型环行器。最后,本文从理论和实验上研究了基于正方晶格光子晶体的十字型波导,...
【文章来源】：深圳大学广东省
【文章页数】：102 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
1PC按空间结构分类：(a)一维PC(b)二维PC(c)三维PC
图 4.1.4 环行器中电磁场传播情况(a) 没有外加磁场，(b)(c)(d)外加磁场耗 Y 型 2D-MPC 环行器节中，模拟了环行器的功能，接下来讨论外部特性参数随入射。电磁波从三个端口（A、B、C）之一入射，我们检测其他两输出与输入的功率之比，从而计算出环行器的插入损耗、传输参数，数值结果如图 4.1.5 所示。10-1100TransmissionTransmission0.60.81rtionlossdB152025olationdBIsolationInsertion loss
图 4.1.6 数值计算得到的隔离度与插入损耗与文献[74]对比明：在中心频率 0.4132 2 c a 处，环行器具有最高的传输效率离度为 23.2dB，插入损耗为 0.0037dB。当入射波的频率偏离渐降低，环行器外部特性急剧变差，如图 4.1.5 所示。显然，中入损耗的变化情况明显不同：中心频率右侧，性能参数急剧变逐渐接近 PBG 的上边界，光子晶体的光局域效应急剧变差；中带范围内光局域效应良好，参数变化缓慢。[74]对比，本文得到的插入损耗和隔离度等外部特性参数随频率图 4.1.6 所示。质柱阵列的 3mmY 型 2D-MPC 环行器于介质柱阵列的三角晶格 2D PC 的带隙结构和点缺陷微腔的 2 节中进行分析，本节不再重复。与上节类似，这里将图 4.1.1(
【参考文献】：
期刊论文
[1]H-plane cross-shaped waveguide circulator in magneto-photonic crystals with five ferrite posts[J]. 王勇,张登国,徐世祥,许彪刚,董政. Chinese Optics Letters. 2017(11)
[2]Experimental evidence of photonic crystal waveguides with wide bandwidth in two-dimensional Al2O3 rods array[J]. 王勇,张登国,徐世祥,许彪刚,董政,黄檀. Chinese Optics Letters. 2017(06)
[3]光纤通信系统中基于光学相位共轭和预啁啾的色散及非线性补偿研究[J]. 曹文华,王勇,刘颂豪. 光学学报. 2012(09)
[4]应用于光隔离器的一维磁光光子晶体结构探索[J]. 周慧,张登国,欧阳征标,李景镇. 光子学报. 2008(01)
[5]一维声子晶体振动特性与仿真[J]. 郁殿龙,刘耀宗,邱静,王刚,温激鸿,赵宏刚. 振动与冲击. 2005(02)
[6]光子晶体研究进展[J]. 邓开发,是度芳,蒋美萍,李承芳. 量子电子学报. 2004(05)
[7]一维磁性光子晶体的电磁场分析和数值计算[J]. 张登国,倪娜,安鹤南,欧阳征标,许桂雯. 光子学报. 2004(08)
[8]基于FDTD的波导介质层PBG结构的研究[J]. 闫敦豹,袁乃昌,付云起. 电子与信息学报. 2004(01)
[9]等效介质理论在光子晶体平面波展开分析方法中的应用[J]. 沈林放,何赛灵,吴良. 物理学报. 2002(05)
[10]光子晶体的研究进展[J]. 欧阳征标,李景镇. 激光杂志. 2000(02)
博士论文
[1]二维光子晶体薄板暨光逻辑器件理论研究[D]. 刘肯.国防科学技术大学 2008
[2]FDTD算法的网络并行研究及其电磁应用[D]. 刘瑜.电子科技大学 2008
本文编号：3465884
【文章来源】：深圳大学广东省
【文章页数】：102 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
1PC按空间结构分类：(a)一维PC(b)二维PC(c)三维PC
图 4.1.4 环行器中电磁场传播情况(a) 没有外加磁场，(b)(c)(d)外加磁场耗 Y 型 2D-MPC 环行器节中，模拟了环行器的功能，接下来讨论外部特性参数随入射。电磁波从三个端口（A、B、C）之一入射，我们检测其他两输出与输入的功率之比，从而计算出环行器的插入损耗、传输参数，数值结果如图 4.1.5 所示。10-1100TransmissionTransmission0.60.81rtionlossdB152025olationdBIsolationInsertion loss
图 4.1.6 数值计算得到的隔离度与插入损耗与文献[74]对比明：在中心频率 0.4132 2 c a 处，环行器具有最高的传输效率离度为 23.2dB，插入损耗为 0.0037dB。当入射波的频率偏离渐降低，环行器外部特性急剧变差，如图 4.1.5 所示。显然，中入损耗的变化情况明显不同：中心频率右侧，性能参数急剧变逐渐接近 PBG 的上边界，光子晶体的光局域效应急剧变差；中带范围内光局域效应良好，参数变化缓慢。[74]对比，本文得到的插入损耗和隔离度等外部特性参数随频率图 4.1.6 所示。质柱阵列的 3mmY 型 2D-MPC 环行器于介质柱阵列的三角晶格 2D PC 的带隙结构和点缺陷微腔的 2 节中进行分析，本节不再重复。与上节类似，这里将图 4.1.1(
【参考文献】：
期刊论文
[1]H-plane cross-shaped waveguide circulator in magneto-photonic crystals with five ferrite posts[J]. 王勇,张登国,徐世祥,许彪刚,董政. Chinese Optics Letters. 2017(11)
[2]Experimental evidence of photonic crystal waveguides with wide bandwidth in two-dimensional Al2O3 rods array[J]. 王勇,张登国,徐世祥,许彪刚,董政,黄檀. Chinese Optics Letters. 2017(06)
[3]光纤通信系统中基于光学相位共轭和预啁啾的色散及非线性补偿研究[J]. 曹文华,王勇,刘颂豪. 光学学报. 2012(09)
[4]应用于光隔离器的一维磁光光子晶体结构探索[J]. 周慧,张登国,欧阳征标,李景镇. 光子学报. 2008(01)
[5]一维声子晶体振动特性与仿真[J]. 郁殿龙,刘耀宗,邱静,王刚,温激鸿,赵宏刚. 振动与冲击. 2005(02)
[6]光子晶体研究进展[J]. 邓开发,是度芳,蒋美萍,李承芳. 量子电子学报. 2004(05)
[7]一维磁性光子晶体的电磁场分析和数值计算[J]. 张登国,倪娜,安鹤南,欧阳征标,许桂雯. 光子学报. 2004(08)
[8]基于FDTD的波导介质层PBG结构的研究[J]. 闫敦豹,袁乃昌,付云起. 电子与信息学报. 2004(01)
[9]等效介质理论在光子晶体平面波展开分析方法中的应用[J]. 沈林放,何赛灵,吴良. 物理学报. 2002(05)
[10]光子晶体的研究进展[J]. 欧阳征标,李景镇. 激光杂志. 2000(02)
博士论文
[1]二维光子晶体薄板暨光逻辑器件理论研究[D]. 刘肯.国防科学技术大学 2008
[2]FDTD算法的网络并行研究及其电磁应用[D]. 刘瑜.电子科技大学 2008
本文编号：3465884
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