基于SOI平板光子晶體的理論研究.pdf

1、光子晶體，又稱(chēng)為光子禁帶材料，是將不同介電系數(shù)的材料在空間按照一定的周期(尺寸在光波長(zhǎng)量級(jí))排列所形成的一種人造“晶體”結(jié)構(gòu)。類(lèi)似于半導(dǎo)體材料中電子在周期性勢(shì)場(chǎng)作用下形成能帶結(jié)構(gòu)，由于受到介電系數(shù)周期性的調(diào)制，在光子晶體中光子也出現(xiàn)了能帶結(jié)構(gòu)，一些特定頻率范圍的光不能在光子晶體中傳播，稱(chēng)為光子禁帶。由于其新異的光學(xué)特性和廣泛的應(yīng)用前景，有關(guān)光子晶體的研究成為近十幾年來(lái)一個(gè)迅猛發(fā)展的新興領(lǐng)域。本論文從理論上研究了二維光子晶體的物理特性。本

2、論文取得的主要研究成果如下：
　　 (1)系統(tǒng)地介紹了光子晶體產(chǎn)生的歷史背景、物理基礎(chǔ)、帶隙理論及光子晶體的分類(lèi)。綜述了光子晶體的特性及主要應(yīng)用領(lǐng)域，并簡(jiǎn)單地闡述了目前研究光子晶體的主要理論方法。
　　 (2)利用平面波展開(kāi)法對(duì)二維光子晶體的能帶結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳盡地分析，為了找到影響二維光子晶體能帶結(jié)構(gòu)的不同因素，本文分別改變光子晶體不同截面氣孔結(jié)構(gòu)(三角形、正方形、六邊形)的介質(zhì)柱邊長(zhǎng)、周期和旋轉(zhuǎn)角度，得到了各不相同的能帶結(jié)

3、構(gòu)。對(duì)于二維硅基不同截面光子晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化，尋找合適的能帶結(jié)構(gòu)、光子帶隙及其影響因素，給出理論分析。
　　 (3)利用平面波展開(kāi)法(PWE)與時(shí)域有限差分法(FDTD)相結(jié)合的方案，通過(guò)平面波展開(kāi)法能更快速的找到合適的帶隙，再通過(guò)FDTD法進(jìn)行傳輸，快速找到二維光子晶體不同截面(三角形、正方形、六邊形)的帶隙準(zhǔn)確位置，比較兩種方法在計(jì)算帶隙問(wèn)題上的優(yōu)缺點(diǎn)，給出所設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確帶隙位置。
　　 (4)設(shè)計(jì)了基于0.1

4、8μm硅工藝的二維光子晶體波導(dǎo)，包括三角晶格和正方晶格結(jié)構(gòu)的直線形波導(dǎo)等幾種光子晶體波導(dǎo)器件，并分別進(jìn)行了傳輸仿真和結(jié)構(gòu)優(yōu)化。這種方法比一般單獨(dú)使用PWE法或單獨(dú)使用FDTD法進(jìn)行波導(dǎo)設(shè)計(jì)速度更快，結(jié)果也更準(zhǔn)確。利用Rsoft軟件給出了各結(jié)構(gòu)的帶隙曲線和各類(lèi)型波導(dǎo)傳輸仿真圖。
　　 (5)對(duì)所設(shè)計(jì)波導(dǎo)進(jìn)行了各種優(yōu)化，在介質(zhì)材料介電常數(shù)一定的情況下，分析優(yōu)化填充比、晶格結(jié)構(gòu)、波導(dǎo)細(xì)節(jié)等因素，使波導(dǎo)達(dá)到較好的傳輸效果。通過(guò)結(jié)合FDT