基于光子晶體波導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)，這使人們認識到光子技術(shù)在通信和計算領(lǐng)域取代電子技術(shù)的可能性。因而激發(fā)了大量的對光子晶體物理性質(zhì)及器件設計，制作的研究。慢光可以增強介質(zhì)的非線性效應，可以用來對光信號延時。這對全光高容量通信網(wǎng)絡具有重要應用價值。因此光子晶體實現(xiàn)慢光也成為光學研究中一個熱點。全光二極管具有獨特的單向傳輸功能，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用。在如何

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

3、波導內(nèi)側(cè)周期單元幾何結(jié)構(gòu)進行微調(diào)，改變色散曲線的局部形狀，增強慢光的效果，但這對提高慢光帶寬依然有限。本文提出另一個方案，通過調(diào)整三角格子為斜方格子，使反交叉點在色散曲線上獲得一個相對大的橫向移動，使帶寬在不同群折射率都普遍增加。若群折射率波動為+10％，在波長1550 nm處，對群折射率分別是30，48.5，80和130，我們的數(shù)值模擬表明相應的慢光帶寬為20nm，11.8 nm，7.3 nm和3.9 nm。當進一步嚴格限制群折射率波

4、動為±1％時，與三角格子的波導結(jié)構(gòu)相比，對應于不同群折射率，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移動與帶寬增加之間的聯(lián)系。
　　 (2)設計了一個新型的光二極管結(jié)構(gòu)用于實現(xiàn)高效的單向光傳輸。它由波導旁含非線性克爾介質(zhì)的微腔與波導中的FP腔相耦合而得到。由于兩個腔的相互干涉，透射譜上出現(xiàn)兩個分離峰。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)，弱光分別從波導的兩端入射時都被反