基于光子晶體波導(dǎo)的慢光及全光二極管的研究.pdf

1、光子晶體是一種新型人工光學(xué)材料。由于它具有帶隙結(jié)構(gòu)和光子局域態(tài)，這使人們認(rèn)識(shí)到光子技術(shù)在通信和計(jì)算領(lǐng)域取代電子技術(shù)的可能性。因而激發(fā)了大量的對(duì)光子晶體物理性質(zhì)及器件設(shè)計(jì)，制作的研究。慢光可以增強(qiáng)介質(zhì)的非線性效應(yīng)，可以用來對(duì)光信號(hào)延時(shí)。這對(duì)全光高容量通信網(wǎng)絡(luò)具有重要應(yīng)用價(jià)值。因此光子晶體實(shí)現(xiàn)慢光也成為光學(xué)研究中一個(gè)熱點(diǎn)。全光二極管具有獨(dú)特的單向傳輸功能，是新型的光子器件?？捎糜诩晒庾泳€路，超快信息處理等，有可能在未來得到重要應(yīng)用。在如何

2、提高它的光學(xué)性能上這個(gè)問題上，近期吸引了研究者的關(guān)注。本文針對(duì)光子晶體波導(dǎo)器件進(jìn)行了研究，包括在光子晶體波導(dǎo)中實(shí)現(xiàn)寬帶和低群速度色散的慢光傳輸及光子晶體波導(dǎo)中全光二極管的設(shè)計(jì)。其主要內(nèi)容如下：
　　 (1)慢光頻率通常位于導(dǎo)模色散曲線的帶邊。然而曲線上這個(gè)位置有極大的群速度色散，不適合于應(yīng)用。利用能帶的反交叉性質(zhì)進(jìn)行色散補(bǔ)償，人們也可以在色散曲線的中段實(shí)現(xiàn)寬帶低色散慢光。這成為實(shí)現(xiàn)慢光的主要方法之一。但目前實(shí)現(xiàn)慢光方案是往往是對(duì)

3、波導(dǎo)內(nèi)側(cè)周期單元幾何結(jié)構(gòu)進(jìn)行微調(diào)，改變色散曲線的局部形狀，增強(qiáng)慢光的效果，但這對(duì)提高慢光帶寬依然有限。本文提出另一個(gè)方案，通過調(diào)整三角格子為斜方格子，使反交叉點(diǎn)在色散曲線上獲得一個(gè)相對(duì)大的橫向移動(dòng)，使帶寬在不同群折射率都普遍增加。若群折射率波動(dòng)為+10％，在波長(zhǎng)1550 nm處，對(duì)群折射率分別是30，48.5，80和130，我們的數(shù)值模擬表明相應(yīng)的慢光帶寬為20nm，11.8 nm，7.3 nm和3.9 nm。當(dāng)進(jìn)一步嚴(yán)格限制群折射率波

4、動(dòng)為±1％時(shí)，與三角格子的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)相比，對(duì)應(yīng)于不同群折射率，慢光帶寬可增加20％到68％。此外本文使用數(shù)值模擬說明了反交叉點(diǎn)移動(dòng)與帶寬增加之間的聯(lián)系。
　　 (2)設(shè)計(jì)了一個(gè)新型的光二極管結(jié)構(gòu)用于實(shí)現(xiàn)高效的單向光傳輸。它由波導(dǎo)旁含非線性克爾介質(zhì)的微腔與波導(dǎo)中的FP腔相耦合而得到。由于兩個(gè)腔的相互干涉，透射譜上出現(xiàn)兩個(gè)分離峰。我們選擇光的工作頻率在兩分立峰之間并靠近窄峰的位置，由于這是光波的反射區(qū)，弱光分別從波導(dǎo)的兩端入射時(shí)都被反