光子晶體在慢光器件中的應(yīng)用基礎(chǔ)研究.pdf

1、慢光技術(shù)存在多種實際應(yīng)用價值。傳統(tǒng)的慢光技術(shù)主要基于材料色散，它對實驗條件要求十分苛刻，而利用光子晶體波導(dǎo)所實現(xiàn)的慢光技術(shù)具有許多無可比擬的優(yōu)勢。本學(xué)位論文針對光子晶體波導(dǎo)中的慢光現(xiàn)象展開研究，提出了三種基于光子晶體波導(dǎo)的慢光解決方案。本文完成的工作有以下幾個方面：
　　1.設(shè)計了一種新型的二維光子晶體零色散型慢光波導(dǎo)，研究了其對TE傳輸模式的導(dǎo)波特性。通過在完整晶格中引入方形孔線缺陷構(gòu)成了波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，利用方形孔對光脈沖的背向散射來

2、形成慢光效應(yīng)；為了得到直且平坦的色散特性曲線，研究了方形孔徑對器件慢光特性的影響，進(jìn)而優(yōu)化了器件結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了理想的慢光效果，在中心波長1550nm處得到了慢光因子為65，帶寬為8nm的慢光；進(jìn)一步分析了該結(jié)構(gòu)的色散，得到了小于104量級的群速度色散(GVD)；采用時域有限差分法(FDTD)進(jìn)行驗證，發(fā)現(xiàn)脈沖在波導(dǎo)中傳輸后產(chǎn)生了明顯的時間延遲，通過慢光波導(dǎo)后光脈沖產(chǎn)生的形變僅為5.2％。
　　2.研究了光子晶體耦合波導(dǎo)的慢光特性，設(shè)

3、計出了一新型的慢光耦合波導(dǎo)。通過在三角晶格中引入兩線缺陷構(gòu)成了耦合型波導(dǎo)，該波導(dǎo)結(jié)構(gòu)簡化了制作工藝，與傳統(tǒng)的耦合波導(dǎo)相比只需要進(jìn)行兩個結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化便獲得了平坦的“S狀”能帶；該波導(dǎo)的群折射率頻率分布成高斯線性，極值處群折射率達(dá)到了3823，進(jìn)一步利用波導(dǎo)寬度啁啾實現(xiàn)了較好的色散補(bǔ)償；利用脈沖驗證，并且通過與不進(jìn)行色散補(bǔ)償?shù)牟▽?dǎo)結(jié)構(gòu)進(jìn)行對比，證實了通過色散補(bǔ)償該耦合波導(dǎo)可以達(dá)到較好的慢光效果，最終實現(xiàn)的慢光因子為28，帶寬達(dá)到13.24

4、nm的慢光。FDTD算法表明該波導(dǎo)具有較小的傳輸損耗，其耦合效率達(dá)到了90%，這對其應(yīng)用于光通信系統(tǒng)存在較大意義。
　　3.為了減小工藝制作的難度，簡化慢光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，研究了一維光子晶體光柵的慢光特性，設(shè)計出了一新型的慢光波導(dǎo)光柵結(jié)構(gòu)，通過進(jìn)一步優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù)，得到了理想的具有拐點(diǎn)的平坦的“S狀”能帶結(jié)構(gòu)，在能帶的平坦區(qū)域?qū)崿F(xiàn)了高達(dá)7023的群折射率；進(jìn)一步地利用了麥克斯韋方程的標(biāo)度不變性，通過對器件所有結(jié)構(gòu)參數(shù)以同比例進(jìn)行縮放來實現(xiàn)