一維及二維光子晶體器件研究.pdf

1、光子晶體是一種折射率分布周期為光波長量級的新型人工微結(jié)構(gòu)材料，它具有和半導(dǎo)體中的電子相類似的能帶結(jié)構(gòu)，頻率位于光子帶隙中的電磁波在光子晶體中被禁止傳播。如果光子晶體由非線性光學(xué)介質(zhì)組成，則稱為非線性光子晶體。
　　本文設(shè)計(jì)和制備了幾種基于線性和非線性的一維光子晶體器件；設(shè)計(jì)了一種聚合物光子帶隙光纖，理論研究了它的性能；研究了石英光子帶隙光纖的傳光特性；研究了石英微結(jié)構(gòu)光纖的色散性質(zhì)。主要研究內(nèi)容與結(jié)果如下：
　　研制了基于線

2、性一維光子晶體的YAG激光防護(hù)鏡。利用磷酸鹽玻璃襯底和線性一維光子晶體的共同作用，使波長為1064nm的激光經(jīng)過防護(hù)鏡后的透過率達(dá)10-9量級，器件達(dá)到了低于人眼安全閾值的激光防護(hù)；利用磷酸鹽玻璃襯底對1064nm激光的強(qiáng)烈吸收作用，使防護(hù)鏡不僅能夠抵御全方位的來襲激光，而且有效地避免了反射光的二次傷害作用。
　　設(shè)計(jì)和制備了基于非線性一維光子晶體的光開關(guān)和光雙穩(wěn)器件。采用周期性多層膜結(jié)構(gòu)的光子晶體，雙穩(wěn)開關(guān)功率密度為1×W/cm

3、2，開關(guān)時.10385間為100ps。
　　研制了兩種光子晶體波導(dǎo)器件，一種是正弦型有效折射率分布的光子晶體波導(dǎo)光雙穩(wěn)器件，開關(guān)光功率77mW，開關(guān)時間63ps。另一種是一維光子晶體波導(dǎo)光互連器件，用導(dǎo)波光控制光子晶體的折射率變化和光子帶隙移動，導(dǎo)致被光子晶體反射的信號光的波矢量方向發(fā)生改變，達(dá)到實(shí)時尋址光互連的目的。當(dāng)控制光的功率密度從0W/cm2上升到2×W/cm2時，測得信.10605號光的偏轉(zhuǎn)角度達(dá)2，器件的響應(yīng)時間可達(dá)p

4、s量級。兩種器件中的光子晶體都由自散焦介質(zhì)組成，帶隙隨入射光強(qiáng)的增加而向短波長方向移動，所以器件的運(yùn)轉(zhuǎn)都發(fā)生在光子帶隙靠近長波方向的帶隙邊沿。非線性光子晶體波導(dǎo)光器件實(shí)現(xiàn)了低功耗和超快速運(yùn)轉(zhuǎn)，預(yù)示器件的實(shí)用化前景。
　　研究了低傳輸損耗和低色散的空芯光子帶隙光纖。利用平面波展開方法設(shè)計(jì)了一種傳光范圍為1.51μm～1.57μm的聚合物光子晶體光纖，并研究了它的傳光性質(zhì)。從理論和實(shí)驗(yàn)兩方面研究了傳光范圍為1.42μm～1.64μm的