量子阱光子晶体的滤波特性研究

发布时间：2023-10-14 07:58

　　高精度光滤波器是密集波分复用光通信系统、特殊波段的图像检测系统和超精细分割的光谱分析系统中必不可少的光波选择与提取器件。光子晶体可以阻止或允许部分波段的光传播,具有控制精度高、光损耗小等优势,有利于实现光子滤波器件的微型化和集成化。设计新型结构、探索新的物理特性及扩展光学器件的应用范围,一直是光子晶体研究领域的热点。量子阱光子晶体是对传统光子晶体结构的拓展和优化,具有更灵活的调谐模式和更宽的滤波范围,为调节隧穿峰滤波通道和禁带带宽提供了更多选择。针对目前光子晶体滤波器中的存在的调谐滤波非线性、带通滤波禁带窄、以及膜厚扰动对滤波性能影响不明确等问题,本文提出了三种量子阱光子晶体结构,可实现多通道高精度的调谐滤波、宽禁带的带通滤波和禁带中心稳定的带阻滤波,评估了无序扰动对光子晶体滤波特性的影响,并采用了磁控溅射法实验制备出(Si/SiO₂)⁶光子晶体样品,与模拟结果进行对比验证。具体研究成果如下:(1)通过在Si/SiO₂镜像对称光子晶体中引入空气缺陷腔,提出了ABA型量子阱光子晶体结构。采用调谐空气腔物理厚度,在光通信波段...

【文章页数】：127 页

【学位级别】：博士

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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 光滤波器研究背景及分类
    1.2 光子晶体滤波器简介
        1.2.1 光子晶体的概念及特性
        1.2.2 光子晶体滤波器的研究概况
    1.3 量子阱光子晶体
        1.3.1 量子阱光子晶体的概念
        1.3.2 量子阱光子晶体的特性
    1.4 光子晶体的理论研究方法
        1.4.1 传输矩阵法
        1.4.2 时域有限差分法
    1.5 量子阱光子晶体滤波器的研究进展
        1.5.1 可调谐滤波器
        1.5.2 带通滤波器
        1.5.3 带阻滤波器
        1.5.4 量子阱光子晶体滤波器研究存在的问题
    1.6 论文主要内容
第二章 多通道镜像对称可调谐滤波器研究
    2.1 ABA型量子阱光子晶体结构模型
    2.2 滤波器的特性分析
        2.2.1 势阱光子晶体周期数M对滤波通道数的影响
        2.2.2 势垒光子晶体周期数N对隧穿峰半高宽的影响
    2.3 滤波器调谐特性分析
        2.3.1 空气缺陷腔对滤波器的高精度线性调谐
        2.3.2 入射角度的滤波调谐特性
    2.4 本章小结
第三章 日盲紫外波段带通滤波器特性研究
    3.1 ABC型滤波器结构及量子阱效应分析
        3.1.1 ZrO₂/MgF₂光子晶体结构模型
        3.1.2 对共振隧穿效应的抑制
        3.1.3 光子晶体周期数的优化
        3.1.4 日盲紫外带通滤波器的角度敏感性分析
        3.1.5 Si₃N₄/SiO₂量子阱光子晶体的滤波特性
    3.2 基于带通滤波器的日盲紫外成像系统设计
        3.2.1 量子点光谱转换日盲紫外成像系统
        3.2.2 前滤波器对量子点定向增强效应
        3.2.3 后滤波器结构设计
    3.3 本章小结
第四章 带阻滤波器膜厚扰动的研究及补偿方案
    4.1 量子阱光子晶体膜厚扰动模型
    4.2 膜厚微扰对光子晶体滤波特性的影响
        4.2.1 单一材料膜厚微扰与光子禁带的变化
        4.2.2 膜厚微扰偏差σ对滤波特性的影响
        4.2.3 周期数增加展宽光子禁带
    4.3 降低膜厚扰动影响的逐层补偿方法
    4.4 本章小结
第五章 量子阱光子晶体膜厚微扰的实验研究
    5.1 磁控溅射镀膜原理和工艺流程
    5.2 光子晶体薄膜的表征
    5.3 磁控溅射工艺参数的优化
        5.3.1 膜层厚度的校正
        5.3.2 降低薄膜表面缺陷
        5.3.3 改善薄膜表面平整度
    5.4 实验结果与分析
    5.5 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 创新点
    6.3 展望
参考文献
攻读博士学位期间发表的科研成果
致谢



本文编号：3853914