基于液体填充的光子晶体波导慢光特性研究

发布时间：2020-04-06 16:30

【摘要】：慢光能够增强光和物质之间的相互作用,是实现光缓存进而实现“全光网络”通信的关键,所以针对光子晶体慢光波导的研究也有着重大的潜在意义和应用价值。在此背景下,本文以二维三角晶格椭圆孔光子晶体为基础,通过引入线缺陷打破光子晶体原有的周期性从而构成光子晶体慢光波导,在色散允许的范围内,对慢光的群折射率和带宽进行优化和研究。首先,本文介绍了光子晶体相关的基本理论概念,光子晶体慢光波导传输原理,并且运用平面波展开法对光子晶体的能带进行了计算,为后面的数值仿真计算奠定了理论基础。其次,本文以二维三角晶格椭圆孔光子晶体波导为研究对象,因为椭圆孔比圆形孔多了2个调节的自由度,而且是最简单的最适合于制作的非圆形孔,研究表明椭圆孔光子晶体波导的传输效率比圆形孔要高出16%,本文通过优化椭圆孔的尺寸获得了归一化延迟带宽积最大为0.425的慢光;另外为了在任何时候都可以实现对慢光的动态调节和优化,本文使用液体填充的“后加工技术”分析了最靠近线缺陷的第一排椭圆孔内填充液体的不同对慢光的影响,并引入一种液体填充的非对称波导,最终发现和对称波导相比,非对称波导能够使慢光的群速度色散降低。最后,本文在椭圆孔光子晶体的基础上加上Slot波导,因为Slot波导能够把光波能量局限在空气Slot区域,从而能够进一步加强光和物质的相互作用。为了增加调节的范围和灵活性,本文在靠近线缺陷的第一、二排椭圆孔内填充折射率不同的液体,通过微调液体折射率大小,最后分别实现了慢光的群折射率从33.3到247的变化,带宽从12.6nm变化到1.2nm;此外还证明了可以通过调节填充液体的不同来补偿实际中不可避免的制作误差。
【图文】：

二维光子晶体,光子晶体,彩斑

两种结构来说非常复杂，因此导致三维光子晶体在现实中的应用和研宄并不多。逡逑光子晶体结构在大自然中也很常见：彩色的蝴蝶翅膀、色彩斑斓的蛋白石等，分别逡逑如图２．２邋（ａ）、（ｂ）所示。它们之所以能够呈现出色彩斑斓的颜色，是因为研宄发现这些逡逑物质也是由周期性排列的微结构构成的，我们知道，，频率不一样的光波在不同方向发生逡逑散射和透射的程度不同，所以我们能够观察到不同的颜色。逡逑５逡逑

介质分布,蛋白石,光子晶体,二维

针对２种介质分布规律的不同而言，光子晶体可以被分为三大类：一维、二维和三维光子逡逑晶体（ＰＣ）。两种不同介电常数的介质在其中的１个方向上呈交替排列，在其余的２个方逡逑向上都是均匀不变的结构叫做一维光子晶体，如图２．１邋（ａ）所示；两种不同介电常数的逡逑介质在２个方向上呈交替排列，在第三个方向上是均匀不变的结构叫做二维光子晶体，逡逑如图２．１邋（ｂ）所示；同理如图２．１邋（ｃ），两种介质在空间中的３个方向（ｘｙｚ）上都呈交替逡逑排列的结构叫做三维光子晶体。逡逑（ａ）逦（ｂ）逦（ｃ）逡逑图２．１邋（ａ）邋—维光子晶体；（ｂ）二维光子晶体；（ｃ）三维光子晶体逡逑其中，一维ＰＣ拥有最简易的构造，因此在实验上也最容易制作；二维ＰＣ比一维ＰＣ逡逑的构造稍微复杂，但是其制作的过程要比三维ＰＣ容易很多，而且最重要的一点是，如果逡逑完美的二维ＰＣ中存在缺陷的时候，就能够实现对光传输的控制，由于这些优点，二维光逡逑子晶体成为目前人们所研究的重点。虽然在制作方面三维ＰＣ的工序相当复杂，但是完全逡逑禁带这个独有的特点使得三维ＰＣ也具备很好的发展前景。然而由于其制备工序相比其它逡逑两种结构来说非常复杂，因此导致三维光子晶体在现实中的应用和研宄并不多。逡逑光子晶体结构在大自然中也很常见：彩色的蝴蝶翅膀、色彩斑斓的蛋白石等
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O734

【参考文献】