光子晶體平面波導(dǎo)與脊波導(dǎo)耦合技術(shù)的研究.pdf

1、光子晶體波導(dǎo)能以極低的損耗導(dǎo)引光波傳播并可通過(guò)拐角,引起了人們的極大關(guān)注,并成為構(gòu)成未來(lái)光子集成芯片(PIC)的關(guān)鍵技術(shù)之一.如何提高光子晶體器件與介質(zhì)脊型波導(dǎo)之間的耦合效率,尋求兩種波導(dǎo)不同傳播機(jī)理的匹配,以便實(shí)現(xiàn)平面光波器件的低損耗和緊湊化,是十分重要的課題.本文首先從Maxwell方程組出發(fā),系統(tǒng)分析光子晶體中的本征模,討論了光子晶體中產(chǎn)生帶隙的原理,給出了求解帶隙的算法——平面波展開(kāi)法(PWE).為了能夠?qū)庾泳w波導(dǎo)中傳輸光波

2、進(jìn)行時(shí)域仿真,介紹了時(shí)域有限差分法(FDTD)以及PML邊界設(shè)置等問(wèn)題.接著,本文利用PWE法深入研究了基于GaAs半導(dǎo)體材料二維光子晶體的特性,分析了與光子晶體帶隙相關(guān)的各種因素,如直徑/周期比,晶格結(jié)構(gòu),高折射率光子晶體還是低折射率光子晶體等.確定了本文所研究的二維光子晶體的各項(xiàng)參數(shù).在此基礎(chǔ)上,本文深入研究了光子晶體波導(dǎo)的特性,指出了光子晶體波導(dǎo)導(dǎo)波范圍,確定了光子晶體波導(dǎo)參數(shù).針對(duì)光子晶體波導(dǎo)與介質(zhì)脊型波導(dǎo)耦合問(wèn)題,本文展開(kāi)了基

3、于數(shù)值分析的仿真,指出平面介質(zhì)脊波導(dǎo)和光子晶體波導(dǎo)耦合主要存在的問(wèn)題,提出了采用距離緩變的一維光子晶體波導(dǎo)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)光波從介質(zhì)脊波導(dǎo)模式到光子晶體傳播模式的轉(zhuǎn)變,以及利用光子晶體波導(dǎo)邊界緩變提高耦合效率.本文分別仿真了線性邊界光子晶體波導(dǎo)加距離緩變一維光子晶體波導(dǎo)與介質(zhì)脊波導(dǎo)的耦合結(jié)構(gòu)和余弦邊界條件光子晶體波導(dǎo)加距離緩變一維光子晶體波導(dǎo)與介質(zhì)脊波導(dǎo)的耦合結(jié)構(gòu).還對(duì)余弦邊界條件光子晶體波導(dǎo)的開(kāi)口距離作了分析,獲得了最佳的開(kāi)口大小.最后,本文