光子晶體表面波導(dǎo)與內(nèi)波導(dǎo)的耦合特性研究.pdf

1、集成光學(xué)概念的提出已經(jīng)將近半個世紀,但基于傳統(tǒng)光波導(dǎo)器件的尺寸較大和集成度低等問題一直制約著光子集成。光子晶體,自1987年被Yablonovitch和John同時提出這種周期性介電材料以來,其能夠調(diào)控光子運動的特性便開辟了一條新的方向來實現(xiàn)光子集成回路(PICs)。光子晶體的周期尺寸為微納數(shù)量級,其形成的光子晶體波導(dǎo)具有高效導(dǎo)光和尺寸微小等特性,可以實現(xiàn)超低損耗的光傳輸。作為構(gòu)建PICs中重要元件的光子晶體波導(dǎo),本論文從二維光子晶體平

2、板結(jié)構(gòu)的外部和內(nèi)部展開,結(jié)合該結(jié)構(gòu)的表面模特征,研究光子晶體表面波導(dǎo)與內(nèi)波導(dǎo)的光傳輸特性。
　　首先研究了基于正方晶格介質(zhì)柱型光子晶體表面波導(dǎo)的表面模式及其光傳輸特性,利用時域有限差分法模擬了光子晶體表面波導(dǎo)上的光波傳輸行為。模擬結(jié)果表明,這種光子晶體表面可以實現(xiàn)高效的導(dǎo)光。同時通過研究比較相同結(jié)構(gòu)內(nèi)波導(dǎo)與外波導(dǎo)的光學(xué)特性,發(fā)現(xiàn)通過調(diào)整兩波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的細微參量即可以實現(xiàn)彼此間高效的模式匹配,從而能夠用來設(shè)計一款新型、高效、雙向和寬帶寬

3、的表面波導(dǎo)耦合器。
　　其次研究利用光子晶體表面錐形結(jié)構(gòu)來優(yōu)化光子晶體表面波導(dǎo)與內(nèi)波導(dǎo)的接口,從而同樣實現(xiàn)高效的光波耦合導(dǎo)入光子晶體內(nèi)波導(dǎo)。通過討論和比較光子晶體表面波導(dǎo)與內(nèi)波導(dǎo)兩者在光學(xué)模式、透射譜效率等方面的特性,研究改變波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中光波傳播路線上的介質(zhì)柱半徑,以實現(xiàn)對其波導(dǎo)光學(xué)模式的調(diào)制,同時優(yōu)化錐形接口,有效抑制光波在耦合過程中的反射。模擬結(jié)果表明,光波導(dǎo)入耦合效率高,并且耦合邊界結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單。
　　最后基于相關(guān)的實驗

4、條件,實驗探索了光子晶體結(jié)構(gòu)的制備和光學(xué)特性研究。采用納米球刻蝕技術(shù),研究利用自組裝來形成大面積聚苯乙烯小球薄膜,然后將其作為掩膜鋪設(shè)在硅基片表面,結(jié)合等離子刻蝕刻蝕技術(shù)、熱蒸發(fā)技術(shù)、濕法腐蝕等方法,最后制成具有六方晶格結(jié)構(gòu)的光子晶體。測試結(jié)構(gòu)表明,該納米結(jié)構(gòu)具有很好的周期性及其陷光效果。
　　論文通過結(jié)合光子晶體表面波導(dǎo)與內(nèi)波導(dǎo)的特性來實現(xiàn)光波的高效耦合,同時探索了光子晶體結(jié)構(gòu)的制造工藝,為實現(xiàn)具有新型優(yōu)越功能的光子學(xué)器件提供了