光子晶体耦合谐振腔系统中类EIT效应的理论研究

发布时间：2019-11-04 02:25

【摘要】：在实现全光网络的进程中，要面对的一个难题就是如何实现慢光和光缓存。相比材料色散，利用结构色散引起慢光要更容易实现。光子晶体作为人工周期性介质材料，具有常温下工作，易于制作，不受波长限制等优势，基于光子晶体波导耦合微腔结构来实现慢光已经成为了近年来研究的热点。 在本文中，我们利用硅基光子晶体耦合谐振腔结构产生的光学电磁诱导透明（EIT）效应来实现慢光。首先，我们对单个光学微腔的性质及其与波导之间的耦合理论进行了探究，为研究类EIT效应提供了基础。接着，我们采用传输矩阵法求解了类EIT透射谱及延时曲线。相比之前的解耦合波方程法，传输矩阵法免去了复杂的求解过程，能很好地帮助我们理解类EIT效应以及微腔与波导之间的耦合过程。在此基础上，我们探究了腔的Q值，两腔之间的谐振波长失谐量Δλ，两腔之间相位差的失谐量ΔΦ与类EIT透明峰之间的关系。我们还用3D-FDTD的方法对L3腔以及异质结微腔两种腔型与波导耦合的类EIT系统进行了仿真。在对异质结微腔的仿真过程中，我们实现了在三腔级联系统才能实现的两个波长处的类EIT效应。由于模式大的Qint/Qc比值，每个透明峰保持高透射率的同时，，分别对应着比之前的报道要大一个数量级的光学延时。 我们的研究为进一步通过不同类型的微腔与波导耦合系统在实验上实现多个波长的类EIT及长光学延时器件提供了理论基础。为将类EIT效应应用于光开关，窄带滤波器，逻辑门等方面提供了方向和支持。
【图文】：

光子晶体波导的慢光原理可以用后向散射和全向反射理论来解释[1]。如下图1-1 (a)所示，当光进入光子晶体波导中后，在每一个空气孔处都会发生后向散射。因为光子晶体是周期性的介质，所以，在波导方向看来，光子晶体就是个一维光栅。如虚线所示。(1)在波矢 k 靠近布里渊边界的时候，前向传输的光和后向散射的光相位和振幅相3

图 2-1 两种平面二维光子晶体结构示意图。(a)介质柱型，在空气中，四角晶格周期(b)空气孔型，在介质平板上，三角晶格周期图 2-2 (a)光子晶体平板微腔 (b)光子晶体平板微腔垂直方向损耗机制示意图要将光尽可能的限制住，减小腔内损耗，从而实现高 Q 值的二维光子晶就是需要对腔的损耗机制有一个全面的了解。由于在实际中最常应用的空气孔型的光子晶体平板微腔，我们下面讨论的微腔都是这种类型的。光子晶体微腔 Q 值的计算与测量方法
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TN929.1

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本文编号：2555423