光子晶体非线性效应全光开关研究

发布时间：2022-01-27 18:51

　　全光化以其快速传输处理信息的优点已成为当前的研究热点,其中全光开关在全光化中发挥着重要作用。本文利用平面波展开法与超原胞技术相结合的方法,对光子晶体结构的能带分布进行了研究,并对其禁带特性进行了分析,确定了以四方晶系为结构基础进行全光开关的设计研究。此外,在四方晶系结构基础上设计了波导与谐振腔耦合的全光开关结构,利用时域有限差分法进行模拟仿真,对电磁场分布图进行了研究。并在此基础上对结构进行了设计优化,使开关的性能得到提升。通过对光子晶体禁带特性的研究和对全光开关的仿真结果的分析,本文证实基于光子晶体的非线性克尔效应可以设计出开关性能较为优异的全光开关结构,并可减小全光开关的尺寸和反应时间。 

【文章来源】：影像科学与光化学. 2020,38(01)

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

波导谐振耦合结构示意图

图6 开关关闭状态图8(a)中可以得到,当折射率为3.1时,光波从左侧入射,部分光波进入谐振腔,但是在谐振腔内并不发生谐振,所以大部分光波会从右侧出射;图8(b)中可以看出,当L=1500 μm时该开关基本达到稳定状态,监测器监测到E y 2 的值约等于2左右,可以认定为处于光开关的开通状态,实现了全光开关开启的功能。

首先对该环形谐振腔进行分析研究,通过在光子晶体中剔除16根介质柱,设计成如图2所示的环形谐振腔,该光子晶体介质柱材料为非线性材料,有效折射率为3.1,克尔系数为9×10-17 m2/W,介质填充比为0.2,晶格常数为0.50 μm。通过在谐振腔内添加一个激励和监测器,就可以对谐振腔的谐振进行分析,从而求出其谐振波长。大量研究证明,激励和监测器只要不在对称位置即可求解谐振腔的谐振频率。利用MatLAB仿真软件对该谐振腔使用FDTD进行分析,设置边界为完全匹配层,通过监测器可以得到该谐振腔的谐振波长。按照上述预置参数进行计算,得到如图3(a)所示的结果,图中横坐标为波长,纵坐标为监测器扫描到的结果,其值为E y 2 ,从图中可以得到在预置参数下该谐振腔在1.55 μm范围内不存在谐振。通过多次修改参数,得到如图3(b)所示的结果,即当晶格常数为0.506 μm,介质填充比取0.2,折射率取值3.1时,谐振腔的谐振波长趋向于1.55 μm。因为采用三阶非线性材料,当入射光波光强增大时,由公式 n=n0+n2×I可知,将会导致介质柱的折射率增大。在其他参数不变的情况下,将介质折射率增大为3.13时,得到如图3(c)的结果,可以看出在折射率增大后该谐振腔的谐振频率也会随之变化,导致波长为1.55 μm的光波不会在腔内发生谐振。图2 四环形谐振腔结构示意图

【参考文献】：
期刊论文
[1]电子技术应用系统发展现状[J]. 孔祥鼎.  电子技术与软件工程. 2017(01)
[2]等离子体电极电光开关驱动电源系统[J]. 冯宗明,高平,谢敏,郑奎兴,张雄军,曹宁翔.  强激光与粒子束. 2004(09)



本文编号：3612908