二维磁性光子晶体器件的设计及研究

发布时间：2017-10-26 04:33

  本文关键词：二维磁性光子晶体器件的设计及研究

  更多相关文章： 光子晶体 磁光材料 光开关 光调制器 光学时钟

【摘要】：随着现代科学技术的飞速发展,光子晶体磁光器件在微波和光信息技术中扮演重要的角色,已经被视为集成光学系统中不可或缺的基础元件,将为发展新型光子产业提供最基本的技术。目前,我们主要研究光子晶体和磁光材料结合产生的单向特性以及相关的各种光学现象,它在国际上属于比较前沿的研究领域。本文从磁光材料的微观性质出发,根据麦克斯韦方程组推出磁光材料的磁导率张量,再结合光子晶体技术,提出了一种新型的二维光子晶体磁光腔结构,该结构仅用一个磁光材料柱就实现了光子器件功能。首先,利用平面波展开法优化介质正方柱的边长及旋转角度以获得最大的光子晶体禁带,设计了两种结构形式。一种是二维正方晶格结构的光子晶体正方硅柱,正方柱的边长为0.3a,参考介质柱的轴线方向旋转41度,获得了较大的TE禁带;另一种是二维正方晶格结构的光子晶体正方空气柱,正方柱边长0.8a,得到较大的TM禁带。其次,通过有限元方法对光子晶体磁光腔进行模式分析,计算得到了一对偏振方向相互垂直的谐振简并模式,并探讨了磁光腔结构参数、磁光材料性质与外加偏置磁场对传输性能的影响。结合外加偏置磁场,本文研究设计了光子晶体磁控二选一光路选通开关、光子晶体磁控占空比可调以及位相差为π的双路光学时钟信号发生器和光子晶体磁光调制器等三种功能的磁光器件。利用平面波展开法和有限元方法计算了这些光子晶体磁光器件的工作特性,数值结果表明:光路选通开关的开关对比度可达48dB,隔离度可达46dB,开关时间为微秒级或亚微秒级;光学时钟信号发生器的逻辑对比度可达48dB,其脉冲上升时间取决于磁场的变化速度,一般属于微秒级或亚微秒级,时钟频率等于磁场的变化频率;光子晶体磁光调制器的调制灵敏度可达1.81?104[w/T],调制深度达0.787,具有较理想的调制作用。
【关键词】：光子晶体 磁光材料 光开关 光调制器 光学时钟
【学位授予单位】：深圳大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN761;TH714.51;O734
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 绪论8-9
• 第1章 磁性光子晶体的概述9-17
• 1.1 光子晶体简介9-11
• 1.2 磁光材料简介11-13
• 1.3 光子晶体磁光器件国内外研究现状与水平13-15
• 1.4 本论文的主要研究内容和特点以及创新点15-17
• 第2章 磁性光子晶体的基础理论与数字分析方法17-22
• 2.1 光子晶体的基础理论17-18
• 2.2 磁光材料的基础理论18-22
• 第3章 二维磁性光子晶体的能带结构分析22-26
• 3.1 光子晶体结构分析23-24
• 3.2 光子晶体能带分析24-26
• 第4章 磁性光子晶体器件的仿真与研究26-55
• 4.1 磁控二选一光路选通开关26-41
• 4.1.1 光开关的数值分析26-28
• 4.1.2 光开关的优化设计28-34
• 4.1.3 光开关的电场分布仿真34-41
• 4.2 占空比可调以及位相差为 π 的双路光学时钟信号发生器41-43
• 4.2.1 时钟信号发生器的优化设计41-43
• 4.3 光子晶体磁光调制器43-54
• 4.3.1 磁光调制器的理论分析44-46
• 4.3.2 磁光调制器的数值分析46-48
• 4.3.3 磁光调制器的电场分布仿真48-54
• 4.4 本章小结54-55
• 第5章 总结55-56
• 参考文献56-61
• 致谢61-62
• 攻读硕士学位期间的研究成果62

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1 方舟 ,严寒 ,小平;光子晶体[J];光机电信息;2002年12期

2 易小菊;控制光子的“半导体”——光子晶体[J];湖南大学学报(自然科学版);2003年S1期

3 李蔚;光电子技术的又一重大发展——光子晶体及其应用[J];世界产品与技术;2003年06期

4 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

5 蒋锐 ,曹三松;光子晶体可能成为磁激发器[J];激光技术;2004年03期

6 开桂云,董孝义,秦玉文,何杰,巴恩旭,汪美林;《全国光子晶体及其应用学术交流与发展战略研讨会》纪要[J];光电子·激光;2005年08期

7 孙涛涛;金碧辉;;光子晶体 数据聚焦分析[J];科学观察;2006年05期

8 李会玲;王京霞;宋延林;;光子晶体的制备与应用研究[J];自然杂志;2009年03期

9 陈义;李晋成;;光子晶体在分析化学中的应用[J];色谱;2009年05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

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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

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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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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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本文编号：1097049