非線性光子晶體中絕對(duì)禁帶結(jié)構(gòu)及微腔耦合特性研究.pdf

1、近年來(lái)，隨著光通信的發(fā)展，打破光通信系統(tǒng)的“電子瓶頸”，實(shí)現(xiàn)全光信息交換處理已經(jīng)成為光通信領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。作為全光網(wǎng)絡(luò)中的核心器件的光緩存器，無(wú)疑就成為了人們研究的重中之重。但是，就現(xiàn)有的光器件而言，尚不能滿足全光通信需求。光子晶體的概念提出之后，與其他慢光材料相比其具有獨(dú)特的帶隙與慢光特性，且光子晶體波導(dǎo)慢光結(jié)構(gòu)結(jié)具有大帶寬、體積小、波導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)多樣化等特性，且便于與其他光器件集成，可用于慢光特性的人為調(diào)控，因此光子晶體使得光緩存技術(shù)

2、成為可能。
　　論文主要對(duì)非線性光子晶體中的禁帶結(jié)構(gòu)以及微腔耦合特性進(jìn)行了研究。設(shè)計(jì)了具有較大絕對(duì)禁帶的多階晶格嵌套非線性光子晶體結(jié)構(gòu)和具有較好慢光特性的非線性光子晶體耦合腔波導(dǎo)。論文主要的工作及創(chuàng)新點(diǎn)如下:
　　(1)分別研究了多種介電常數(shù)的介質(zhì)背景材料對(duì)正方形晶格以及六角形晶格的非線性光子晶體絕對(duì)禁帶的影響，并進(jìn)行了分析比較。研究發(fā)現(xiàn)，在材料幾何特性固定的情況下:正方形晶格結(jié)構(gòu)中隨著介質(zhì)背景材料介電常數(shù)的增大，TE模式的

3、相對(duì)禁帶不斷下移并與TM模式的相對(duì)禁帶相交形成絕對(duì)禁帶，之后隨著相背景材料介電常數(shù)的增大，絕對(duì)禁帶所處頻段不斷下降，絕對(duì)禁帶寬度則不斷增加;六角形晶格結(jié)構(gòu)中隨著介質(zhì)底材介電常數(shù)的增大，絕對(duì)禁帶所處頻段先上升后下降，絕對(duì)禁帶寬度則與介電常數(shù)呈正相關(guān)。
　　(2)設(shè)計(jì)了多階晶格嵌套的非線性光子晶體，以獲得更大的絕對(duì)禁帶寬度。在正方形晶格與六角形晶格的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了三種晶格嵌套方式并使格嵌套階數(shù)不斷增加，并對(duì)其產(chǎn)生的不同禁帶特征進(jìn)行了分

4、析比對(duì)。結(jié)果表明，與不采用晶格嵌套的光子晶體結(jié)構(gòu)相比:在正方形晶格中，嵌套型的非線性光子晶體隨著嵌套階數(shù)的增加能開(kāi)辟更多的絕對(duì)禁帶，且絕對(duì)禁帶寬度也會(huì)隨之增加;在六角形晶格中，嵌套型的非線性光子晶體可以開(kāi)辟更多的絕對(duì)禁帶，但是禁帶寬度不會(huì)明顯增加。
　　(3)構(gòu)造了單缺陷腔非線性光子晶體耦合微腔波導(dǎo)，并研究了微腔中心缺陷柱的半徑變化對(duì)耦合微腔波導(dǎo)慢光特性的影響。仿真結(jié)果表明:單缺陷腔波導(dǎo)慢光的群速度隨著微腔中心缺陷柱半徑的擴(kuò)大而增

5、大，群速度數(shù)量級(jí)維持在10-2c（c為真空光速）;擴(kuò)大微腔中心缺陷柱半徑對(duì)延遲時(shí)間Ts和微腔Q值的改善效果不明顯，其數(shù)量級(jí)分別基本保持在10-2和102;而擴(kuò)大微腔中心缺陷柱半徑卻可以有效增加歸一化延遲帶寬積(NDBP)值并可以使得波導(dǎo)的NDBP值保持在0.3以上，實(shí)現(xiàn)了較好的延遲帶寬特性。
　　(4)建立了雙缺陷腔非線性光子晶體耦合微腔波導(dǎo)模型，并研究了微腔中心缺陷柱的半徑變化對(duì)耦合微腔波導(dǎo)慢光特性的影響。仿真結(jié)果表明，隨著微腔