二维光子晶体光通信器件的结构设计和特性研究

发布时间：2017-04-24 21:05

  本文关键词：二维光子晶体光通信器件的结构设计和特性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：完整的光子晶体结构可以产生光子带隙,频率处于光子带隙范围内的光波禁止传播。在完整的光子晶体中引入缺陷,可以将缺陷模引入光子带隙,使得缺陷模局域在缺陷位置：若引入线缺陷即可形成光子晶体波导,线缺陷模可在线缺陷位置进行无损耗传播；若引入点缺陷即可形成光子晶体微谐振腔,点缺陷模将强烈地束缚在点缺陷位置。由于光子晶体具有光子带隙及光子局域性,使得人们可以控制光在介质中的传播。光子晶体自提出就被科学界持续关注,近年来,基于光子晶体所设计、制成的光电子器件成为人们研究的重点。本文详细推导了计算二维光子晶体能带的平面波展开方法(PWE)和计算二维光子晶体各方面性能的时域有限差分方法(FDTD)。利用光子晶体点缺陷微谐振腔与线缺陷波导之间的共振耦合原理,设计了一种在二维三角晶格光子晶体线缺陷波导中放置椭圆空气孔的耦合腔波导结构。通过平面波展开法(PWE)计算了空气孔型线缺陷波导的能带结构；利用时域有限差分法(FDTD)对椭圆空气孔在波导中的排列方式、数量、尺寸进行优化设计,并对频率与微谐振腔共振频率一致的光波在波导-微谐振腔结构中的传输特性和品质因子进行研究与比较,并给出了电场分布图。计算结果表明,当椭圆空气孔的长轴方向纵向排列时,相应的共振频率可获得90%以上的透射率,对应的品质因子Q可达104级,选择合适的参数,获得的Q可高达107级,对应共振频率的透射率仍在60%以上。利用光子晶体环形腔与线缺陷波导之间的共振耦合原理,设计了一种由主波导、环形腔和600弯波导组成的四通道二维三角晶格光子晶体解波分复用系统。通过平面波展开法(PWE)计算了介质柱型线缺陷波导的能带结构；利用时域有限差分法(FDTD)计算不同频率的光波在该系统中的传输特性,分析影响输出效率的因素并对该系统做出改进。分析表明：改变环形腔内介质柱的半径可调节谐振频率,证实了在主波导末端增加反射介质柱以及改变耦合区域的介质柱的形状可以大幅提高各通道的谐振频率光波的透射率。计算结果显示：该系统可较好地实现四个波长的解波分复用,透射率均达90%以上。
【关键词】：光子晶体 平面波展开方法 时域有限差分方法 缺陷模 传输特性
【学位授予单位】：宁夏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN915.05;O734
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-6
• 第一章 绪论6-11
• 1.1 光子晶体的概念和性质6-8
• 1.2 光子晶体的分类8
• 1.3 光子晶体的应用8-10
• 1.4 光子晶体的制备10
• 1.5 论文内容安排10-11
• 第二章 光子晶体的电磁理论基础和计算方法11-23
• 2.1 光子晶体的电磁理论基础11-13
• 2.2 平面波展开法13-16
• 2.3 时域有限差分法16-22
• 2.4 本章小结22-23
• 第三章 二维光子晶体波导及微谐振腔的研究23-29
• 3.1 二维光子晶体波导23-26
• 3.2 二维光子晶体微谐振腔26-27
• 3.2.1 品质因子26-27
• 3.3 本章小结27-29
• 第四章 高透射率高品质因子二维光子晶体波导-微腔结构29-36
• 4.1 引言29-30
• 4.2 结构设计及能带30-31
• 4.3 仿真计算与比较31-34
• 4.4 本章小结34-36
• 第五章 四通道二维光子晶体解波分复用系统的设计36-43
• 5.1 引言36-37
• 5.2 原理分析与结构模型37-39
• 5.3 多通道波分复用器的设计39-42
• 5.4 本章小结42-43
• 第六章 总结与展望43-44
• 参考文献44-48
• 致谢48-49
• 个人简历及论文发表情况49

【共引文献】

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1 张红星;潘炜;刘新开;;光子晶体环形谐振器特性研究[J];光通信研究;2011年05期

2 余建立;沈宏君;叶松;洪求三;;一种新型高效光子晶体多信道下载滤波器的设计[J];光学学报;2012年11期

3 刘文楷;李保群;董小伟;武梦龙;;八通道光子晶体滤波器的设计与仿真[J];半导体光电;2012年06期

4 陈燕彬;徐旭明;李未;朱守伟;;光子晶体共振耦合波分复用器的设计与研究[J];光通信技术;2014年02期

5 陈颖;刘腾;卢波;范卉青;;复合缺陷光子晶体滤波器设计与数值研究[J];光学技术;2014年02期

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7 赵年顺;孙剑;;光子晶体点缺陷在入射光激励下的响应特性研究[J];淮北师范大学学报(自然科学版);2014年02期

8 郑宇;姚鹏;王妍;王虎;;双谐振腔混合耦合系统光学特性研究[J];长春理工大学学报(自然科学版);2014年05期

9 蔡允高;方兴;董盈红;;中心掺杂单缺陷层一维光子晶体带隙缺陷特性[J];微纳电子技术;2015年01期

10 沈宏君;刘杰;李婷;李新兰;;四通道二维光子晶体解波分复用系统[J];光学精密工程;2015年03期

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1 郝林岗;非常偏振光在晶体外表面反射与透射的研究[D];辽宁师范大学;2011年

2 张红星;基于FDTD法的光子晶体谐振腔特性研究[D];西南交通大学;2011年

3 杨博;新型光子晶体光纤相关特性分析及滤波器设计[D];哈尔滨工程大学;2012年

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5 李保群;二维光子晶体光学滤波器的设计[D];北方工业大学;2013年

6 赵芬芬;基于缺陷态光子晶体的多通道滤波器设计与分析[D];燕山大学;2013年

7 张志远;二维光子晶体圆形谐振腔滤波器设计与研究[D];东北大学;2012年

8 于娜;自准直型光子晶体Mach-Zehnder可调滤波器的特性研究[D];燕山大学;2013年

9 王仲阳;染料与可聚合液晶单体浓度对胆甾相液晶激光的影响规律研究[D];厦门大学;2014年

10 孔令鑫;稀土掺杂In_2O_3反蛋白石大孔结构应用于染料敏化太阳能电池的研究[D];吉林大学;2014年

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本文编号：324952