二维嵌套磁流体光子晶体耦合腔波导及慢光研究

发布时间：2017-05-16 09:15

  本文关键词：二维嵌套磁流体光子晶体耦合腔波导及慢光研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：光缓存、全光时延线技术等是实现全光网络的关键技术,选择适合光缓存的材料则至关重要。与其它可以实现慢光的材料相比,光子晶体波导具有较大的带宽、很小的体积、结构设计多样性、易于与其它光学器件结合等特征为光缓存领域带来了巨大的突破,并且光子晶体以它独特的光子带隙特性和光学性能有利于光缓存的实现。论文主要对磁流体填充型二维嵌套光子晶体耦合腔波导的慢光特性进行研究。分别设计了空气柱型二维嵌套光子晶体耦合腔和可重构的二维嵌套磁流体光子晶体耦合腔波导结构,并且分析和比较了这些耦合腔结构的慢光性能。论文主要完成的工作及创新点如下:1.运用平面波展开法研究了四种空气柱型的二维嵌套光子晶体耦合腔波导结构的慢光特性。其中,利用缺陷柱的半径和腔间距离的变化,对四种缺陷微腔波导的慢光特性进行了研究。研究结果表明:在介质柱无填充型的耦合腔波导结构中,和单一缺陷耦合腔比较,双重缺陷耦合腔具有更优秀的慢光性能;而在三种双重缺陷耦合腔波导结构中,慢光性能最佳的是双重缺陷耦合腔1型波导结构。它的最大群速度可达-310 c数量级,对应的NDBP最大可达0.284。此外,单一缺陷耦合腔的带宽、最大群速度和NDBP都是随着腔间距L的变大呈逐渐变小的趋势,群速度从L=3a时的210 c-量级降低到L=5a时的310 c-量级。2.设计了三种新型的二维嵌套磁流体光子晶体耦合腔波导:水平缺陷耦合腔、垂直缺陷耦合腔和十字型缺陷耦合腔波导。首先对三种新型嵌套磁流体耦合腔结构进行优化。在得到最优结构后研究了它们随不同浓度磁流体变化时的慢光特性。仿真结果也表明:在有磁流体填充的三种新型的嵌套耦合腔波导结构中,三种耦合腔的群速度都达到了310 c-的慢光速度的同时,NDBP值都大于0.35。其中垂直缺陷耦合腔拥有最佳的慢光性能,其最大群速度最低可以达到32.56 10 c-?,带宽约为0.0002,NDBP值最大可以达到0.408,Q值高达310量级。3.通过在所设计的新型嵌套耦合腔结构中填充不同浓度的磁流体材料,不仅可以实现动态调节慢光特性,还可以起到重构慢光波导的作用。这对动态调节慢光特性的研究具有重大的意义。通过仿真得出:三种新型的二维嵌套磁流体光子晶体耦合腔波导的带宽、群速度、NDBP以及Q值都随着浓度的调节而不断发生变化,且都优于空气柱型二维嵌套耦合腔结构的慢光性能。
【关键词】：光子晶体 慢光 耦合腔 磁流体
【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10-15
• 1.1 研究背景和意义10-11
• 1.2 研究现状11-12
• 1.3 研究内容12-13
• 1.4 全文结构13-15
• 第二章 光子晶体的基本特性和基础理论15-26
• 2.1 光子晶体的基本特性15-18
• 2.1.1 光子晶体的概念15-16
• 2.1.2 光子带隙16-17
• 2.1.3 光子局域17-18
• 2.2 光子晶体波导的耦合原理18-20
• 2.3 光子晶体的基本数值算法20-25
• 2.4 仿真工具Rsoft Photonic CAD Suite25-26
• 第三章 空气柱型二维嵌套光子晶体耦合腔波导的慢光特性26-51
• 3.1 物理模型26-27
• 3.2 数学模型27-31
• 3.2.1 超晶胞算法27-29
• 3.2.2 数学方法29-31
• 3.3 光子晶体耦合腔慢光波导的传输与调节机理31-33
• 3.3.1 光子晶体耦合腔波导的慢光传输机理31-32
• 3.3.2 光子晶体耦合腔波导的慢光调节机理32-33
• 3.4 空气柱型嵌套光子晶体单一缺陷耦合腔波导慢光特性33-39
• 3.4.1 单一缺陷耦合腔波导的慢光特性分析33-36
• 3.4.2 腔间距对单一缺陷耦合腔波导慢光特性的影响36-39
• 3.5 三种双重缺陷光子晶体耦合腔波导的慢光特性分析39-49
• 3.5.1 双重缺陷耦合腔1型波导的慢光特性分析39-43
• 3.5.2 双重缺陷耦合腔2型波导的慢光特性分析43-46
• 3.5.3 双重缺陷耦合腔3型波导的慢光特性分析46-49
• 3.6 本章小结49-51
• 第四章 磁流体填充型新型嵌套光子晶体耦合腔的慢光特性51-72
• 4.1 磁流体简介51
• 4.2 磁流体在光学中的应用51-52
• 4.3 磁流体填充型新型嵌套光子晶体耦合腔波导的物理模型52-54
• 4.4 三种新型嵌套光子晶体耦合腔慢光特性的比较54-69
• 4.4.1 水平缺陷耦合腔波导结构的优化与慢光特性分析55-59
• 4.4.2 垂直缺陷耦合腔波导结构的优化与慢光特性分析59-64
• 4.4.3 十字型缺陷耦合腔波导结构的优化与慢光特性分析64-69
• 4.5 三种新型嵌套光子晶体耦合腔波导慢光特性差异的数学分析69-70
• 4.6 本章小结70-72
• 第五章 总结与展望72-75
• 5.1 总结72-74
• 5.2 展望74-75
• 参考文献75-80
• 致谢80-81
• 攻读硕士学位期间发表的论文81

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