基于二维光子晶体宽带全向超准直效应的Y型能量分束器的研究

发布时间：2017-10-15 14:43

  本文关键词：基于二维光子晶体宽带全向超准直效应的Y型能量分束器的研究

  更多相关文章： 光子晶体 对称性 超准直效应 能量分束器

【摘要】：光子晶体是在光波长尺度上具有周期性的电介质结构,能够在光波长尺度上灵活操控光子,被誉为光子学中的“半导体”。根据光子晶体独特的性质,人们研究并设计了各种各样的功能器件,如光开关、光耦合器、波分复用器、滤波器和光分束器等。本文中我们采用数值计算和理论分析相结合的方法,首先以理想二维光子晶体的第二能带面为例,对其对应的等频线进行了分析,说明了自准直特性的存在。然后提出具有二重对称性的椭圆介质柱光子晶体,研究了其宽带全向准直色散特性及其在分束器方面的应用。首先利用平面波展开法计算其色散关系,发现该类结构TE偏振模式在较宽的带宽内存在跨越整个第一布里渊区的平直等频线,利用这些平直等频线实现了宽带全向超准直光传输。同时,也对自准直传播模式的特性和全向自准直与结构参数之间的关系进行了分析,发现光在光子晶体内无衍射传播需要满足≠0,≈0这一条件,随着长轴La增大,相对带宽有所增大,并且都在=2.1附近出现最大的相对带宽,考虑到工艺的误差精度,最终选取La=0.9a和ρ=2.1。在此基础上设计了一种Y型能量分束器,时域有限差分(Finite-Difference Time-Domain method,FDTD)数值计算结果表明,该分束器对内置二维点光源和高斯光源均具有很好的分束性能。本文设计的基于超准直效应的光分束器具有紧凑、宽带大、无需精确耦和易于集成等优点,在光子器件集成、定向耦合等领域具有潜在的应用价值。
【关键词】：光子晶体 对称性 超准直效应 能量分束器
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O734
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第一章 绪论9-21
• 1.1 光子晶体的基本概念9-10
• 1.2 光子晶体的分类及制作方法10-14
• 1.3 光子晶体基本特征及应用14-19
• 1.3.1 光子晶体的基本特征14-16
• 1.3.2 光子晶体的应用16-19
• 1.4 本论文的主要工作19-21
• 第二章 光子晶体理论计算方法21-32
• 2.1 理论计算方法简述21-23
• 2.2 平面波展开法计算光子频带23-26
• 2.2.1 光子晶体本征方程23-24
• 2.2.2 平面波展开法求解波动方程24-26
• 2.3 时域有限差分法模拟光传输26-31
• 2.3.1 FDTD概述26-29
• 2.3.2 数值稳定性分析29-30
• 2.3.3 数值色散对空间离散的要求30
• 2.3.4 吸收边界条件30-31
• 2.4 本章小结31-32
• 第三章 二重对称性光子晶体宽带全向自准直机理研究32-43
• 3.1 引言32-33
• 3.2 自准直效应与能带结构的关系33-36
• 3.3 超宽带全向自准直效应分析及数值模拟36-42
• 3.3.1 超宽带平坦能带区域的特点36-37
• 3.3.2 自准直传播模式特性分析37-38
• 3.3.3 全向自准直传输效应与结构几何参数的关系分析38-39
• 3.3.4 不同归一化频率下宽带全向自准直现象39-42
• 3.4 本章小结42-43
• 第四章 基于自准直效应的光分束器的性能分析43-55
• 4.1 引言43
• 4.2 几种常用分束器设计方案43-45
• 4.3 一种Y型能量分束器结构设计45-47
• 4.4 两种不同光源入射情况下分束器的性能分析47-54
• 4.4.1 二维点源入射分析47-50
• 4.4.2 高斯光源入射分析50-54
• 4.5 本章小结54-55
• 总结与展望55-56
• 参考文献56-63
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果63-64
• 致谢64-65
• 附表65

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本文编号：1037708