二维磁光光子晶体单向边界模式的耦合效应

发布时间：2017-07-04 22:19

  本文关键词：二维磁光光子晶体单向边界模式的耦合效应

  更多相关文章： 磁光光子晶体 单向边界模式耦合 有限元法 慢光波导 光存储系统

【摘要】：近年来,基于磁光材料光子晶体的单向边界态的研究,无论是基础研究还是应用研究方面都吸引了无数的科学工作者的目光。对磁光光子晶体施加外界偏置磁场,会产生旋电或旋磁各向异性,其时间反演对称性会遭到破坏,因而可以支持边界模式的单向传播。本文将在前人的基础上进一步研究磁光光子晶体单向边界态的耦合效应。到目前为止,大多数研究将目光投注于单个单向边界态,磁光光子晶体单向边界模式的耦合的研究还比较少,而单向边界模式的耦合却会产生一些比较有趣的现象,这些现象包括:慢光波导,单向空气波导和磁光存储系统等。本文研究的主要内容如下:设计了一种新型的慢光波导结构,该慢光波导结构是由两个磁光光子晶体通过一定的耦合距离构成。磁光光子晶体在外界磁场的作用下会产生单向边界模式,如果对两个磁光光子晶体施加方向相同的外界偏置磁场,两个磁光光子晶体的上下边界的单向边界模式方向相反,将这两个方向相反的边界模式按照一定的耦合距离进行耦合,会产生一定的耦合效应;在耦合距离为1.5a时,能够得到一条群速率接近零的水平能带。本文研究的慢光波导与一般的慢光波导结构优势在于:水平能带的频率位置与群速率的大小能够随外界磁场的大小而改变。基于单向边界模式耦合效应,另外设计了一种单向空气波导结构。虽然单向边界模式能够克服边界上的瑕疵或者缺陷向前完美传输而不产生反射,但该单向边界波导却很难形成对称集中的光束。为了得到对称集中的单向空气波导,对两个磁光光子晶体施加方向相反的外界磁场,得到两个群速率的方向相反的单向边界模式,将这两个单向边界模式按照一定的距离进行耦合,在耦合距离为1.5a时,得到了理想的单向空气波导结构。单向空气波导模式不仅有单向边界模式的优点,即存在障碍物的情况下仍然保持单向传输的特点,而且还有大的工作带宽、高消光比的特点。与单向边界波导相比,其优越性在于能够聚合电磁波能量而形成单向光束。基于磁光光子晶体单向边界模式与磁性微腔模式耦合的磁光存储系统。光存储系统是未来全光通信和全光计算的关键要素。基于有限元方法的仿真实验研究,设计了一种新型的光学存储系统。应用磁光光子晶体边界单向特性形成闭合回路,设计另外的单向波导和磁性微腔,电磁信号不仅能从闭合回路中取出,而且能写入回路。通过外加磁场控制微腔属性,可动态实现对电磁信号的读写操作。
【关键词】：磁光光子晶体 单向边界模式耦合 有限元法 慢光波导 光存储系统
【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10-16
• 1.1 引言10
• 1.2 光子晶体简介10-12
• 1.3 磁光光子晶体12
• 1.4 磁光光子晶体的研究现状12-14
• 1.5 本文的主要工作及结构安排14-16
• 第二章 磁光光子晶体的研究方法16-28
• 2.1 引言16-17
• 2.2 光子晶体的理论分析方法17-20
• 2.2.1 传输矩阵法17
• 2.2.2 时域有限差分法17
• 2.2.3 适合磁光光子晶体的平面波展开法17-19
• 2.2.4 有限元法19-20
• 2.3 磁光光子晶体能带结构计算20-26
• 2.3.1 能带结构的理论分析20-22
• 2.3.2 光子晶体能带结构计算实例22-26
• 2.4 本章小结26-28
• 第三章 单向边界模式反向耦合形成的慢光波导28-36
• 3.1 磁光光子晶体的单向边界模式28-30
• 3.2 单向电磁边界模式的耦合形成的慢光波导30-35
• 3.2.1 慢光波导结构设计模型与能带结构计算30-33
• 3.2.2 单向边界模式反向耦合形成的慢光波导结构的数值仿真33-34
• 3.2.3 对慢光波导的耦合振子模式的分析34-35
• 3.3 本章小结35-36
• 第四章 单向边界模式的正向耦合形成的单向空气波导36-50
• 4.1 单向空气波导结构的设计模型36-37
• 4.2 单向空气波导结构与耦合距离d的分析37-45
• 4.2.1 耦合距离d=2.5a的分析37-39
• 4.2.2 耦合距离d=2.0a的分析39-41
• 4.2.3 耦合距离d=1.5a的分析41-45
• 4.3 耦合模式的本征值模式场与单向空气波导的抗干扰验证45-46
• 4.4 群速率和单向传输工作带宽与耦合距离d的关系46-47
• 4.5 对单向空气波导耦合振子模式的分析47-48
• 4.6 本章小结48-50
• 第五章 基于单向边界模式与磁性微腔模式耦合的磁光存储系统50-56
• 5.1 引言50
• 5.2 磁光存储系统特性分析50-55
• 5.2.1 系统结构投影能带图50-51
• 5.2.2 环形波导结构51-52
• 5.2.3 电磁信号存储与读取结构52-55
• 5.3 本章小结55-56
• 第六章 总结与展望56-58
• 6.1 总结56-57
• 6.2 展望57-58
• 参考文献58-64
• 致谢64-65
• 攻读硕士学位期间发表的论文65

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1 胡兴军;杨燕;;光子晶体的技术和新产品开发情况[J];集成电路应用;2004年10期

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5 张勐;;面向未来超级计算机的光子晶体管[J];世界科技研究与发展;2007年04期

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7 赵珂杰;崔冬萌;;光子晶体的研究与应用[J];电脑知识与技术;2009年25期

8 章从福;;日本科学家开发出生产高质量光子晶体新技术[J];半导体信息;2009年05期

9 ;化学所制备光子晶体微芯片实现多种金属离子的识别与检测[J];传感器世界;2013年07期

10 梅东滨,董鹏,程丙英,张道中;三维二氧化硅胶体光子晶体[J];量子电子学报;1997年06期

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1 顾忠泽;赵祥伟;朱蓉;;基于光子晶体的生物分子编码[A];中国化学会第二十五届学术年会论文摘要集（上册）[C];2006年

2 娄建勇;徐铁军;徐宝连;邰伟莹;;异质缺陷光子晶体的高性能光捕获研究[A];2011西部光子学学术会议论文摘要集[C];2011年

3 李志远;刘荣鹃;傅晋欣;;磁光光子晶体的理论和实验研究[A];第八届全国光学前沿问题讨论会论文集[C];2009年

4 王京霞;崔丽影;田恩涛;江雷;宋延林;;大面积、高强度聚合物光子晶体的制备[A];中国化学会第27届学术年会第04分会场摘要集[C];2010年

5 葛建平;;胶体光子晶体的磁组装及显示性能研究[A];中国化学会第27届学术年会第04分会场摘要集[C];2010年

6 马龙;;光电子学新技术-光子晶体[A];江苏省通信学会2004年学术年会论文集[C];2004年

7 汪河洲;;光子晶体研究[A];全国第十二次光纤通信暨第十三届集成光学学术会议论文集[C];2005年

8 胡小永;江萍;杨宏;龚旗煌;;飞秒超快速可调谐有机光子晶体微腔[A];中国光学学会2006年学术大会论文摘要集[C];2006年

9 顾忠泽;刘兆彬;赵祥伟;;可用于生物分子编码的自组装光子晶体[A];中国光学学会2006年学术大会论文摘要集[C];2006年

10 王志兵;叶永红;;光子晶体中光学微腔的发光调制[A];中国光学学会2006年学术大会论文摘要集[C];2006年

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1 贾正根;光子晶体学俏然崛起[N];中国电子报;2001年

2 清华大学材料科学与工程系 周济;光子晶体：光信息时代的“半导体”[N];中国电子报;2005年

3 张孟军;攀登光子晶体高峰的人[N];科技日报;2004年

4 刘霞;美制成兼具电学光学性质的光子晶体[N];科技日报;2011年

5 丛林;聚合物光子晶体研究取得进展[N];中国化工报;2011年

6 华凌;耐上千摄氏度高温的光子晶体问世[N];科技日报;2012年

7 杨健;中科院取得光子晶体理论创新[N];人民日报;2003年

8 ;我国光子晶体中原子自发辐射特性研究获突破[N];中国高新技术产业导报;2006年

9 新华;可变色塑料薄膜开发成功[N];福建科技报;2007年

10 ;穿上变色塑料薄膜“新衣”,食品变质一看就知[N];新华每日电讯;2007年

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1 朱志宏;光子晶体应用理论研究[D];国防科学技术大学;2007年

2 王昕;平面光子晶体研究[D];复旦大学;2007年

3 王晓玲;光子晶体在生化传感中的应用研究[D];北京邮电大学;2009年

4 李岩;光子晶体及其应用的数值模拟研究[D];中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所）;2004年

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6 冷晗阳;利用二维及三维非线性光子晶体调控倍频光波和纠缠光子的实验研究[D];南京大学;2014年

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7 马桂杰;SOI基SiO_x柱光子晶体的研究[D];山东建筑大学;2015年

8 路光;光波在非对称多层膜光子晶体中的零反射传输特性[D];山东大学;2015年

9 蔡园园;电泵浦有机准晶光子晶体激光器的制备及性能研究[D];中央民族大学;2015年

10 黄哲;类石墨烯与渐变结构光子晶体的设计与应用研究[D];山东大学;2015年

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本文编号：519569