對稱結(jié)構(gòu)擾動型光子晶體禁帶結(jié)構(gòu)及慢光特性研究.pdf

1、光子晶體是由人工設(shè)計(jì)而成的介電常數(shù)呈周期分布的晶體結(jié)構(gòu)。光子晶體最突出的特性就是光子晶體的光子禁帶和慢光特性。其獨(dú)特的慢光可控性也成為了光學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。相比與其他慢光技術(shù)，光子晶體可以在室溫下產(chǎn)生慢光，且光子器件一般體積小，易于集成，因此，光子晶體慢光技術(shù)在光延遲線、全光緩存以及全光網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域能制備出優(yōu)良性能的光學(xué)器件，可進(jìn)一步提升光通信網(wǎng)的服務(wù)承載能力，具有很好的應(yīng)用前景。
　　論文從擾亂光子晶體的原有對稱結(jié)構(gòu)出發(fā)，通過改

2、變原胞中的介質(zhì)柱特性或加入外來擾動介質(zhì)柱的方式來改變原有晶胞的布里淵區(qū)基本結(jié)構(gòu)，形成對稱結(jié)構(gòu)擾動型的光子晶體結(jié)構(gòu)。模型建立后首先分析擾動方式對其光子禁帶特性的影響，然后在完整的對稱結(jié)構(gòu)擾動型光子晶體中加入缺陷形成波導(dǎo)，進(jìn)而通過仿真軟件來計(jì)算分析其波導(dǎo)慢光特性。論文主要的工作以及創(chuàng)新點(diǎn)如下:
　　(1)設(shè)計(jì)具有內(nèi)部擾動方式的對稱結(jié)構(gòu)擾動光子晶體，并采用了雙柱擾動和三柱擾動兩種方式來進(jìn)行對內(nèi)部擾動的優(yōu)化。研究不同介質(zhì)柱半徑比例和不同介

3、質(zhì)柱介電常數(shù)對其禁帶結(jié)構(gòu)的影響。研究發(fā)現(xiàn):在擾動柱半徑比例作為變量的情況下，對于雙柱擾動和三柱擾動，都存在最優(yōu)柱擾動方式使得TE模式與TM模式獲得最大禁帶數(shù)與最大禁帶寬度，三柱擾動的禁帶效果要整體好于雙柱擾動;同時(shí)，在此基礎(chǔ)上研究了不同介電常數(shù)對三柱擾動結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的禁帶特性進(jìn)行了研究，結(jié)果表明:TE模式產(chǎn)生的禁帶數(shù)及其禁帶寬度先增大后減小，而TM模式產(chǎn)生的禁帶數(shù)及其禁帶寬度也是先增大后減小。即存在最佳擾動柱半徑分布方式和介電常數(shù)值使內(nèi)部擾

4、動方式的禁帶特性最優(yōu)。
　　(2)設(shè)計(jì)具有外部擾動方式的對稱結(jié)構(gòu)擾動光子晶體，以獲得更好的禁帶特性。在最佳內(nèi)部擾動方式的基礎(chǔ)上引入外來擾動柱，設(shè)計(jì)了擾動柱半徑統(tǒng)一分布與擾動柱半徑比例分布兩種方式來進(jìn)行對外部擾動禁帶結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。結(jié)果表明，在擾動柱半徑作為變量的情況下，采用擾動柱半徑統(tǒng)一分布的方式要比比例分布的方式得到的禁帶特性更好;同時(shí)此基礎(chǔ)上研究了不同介電常數(shù)對擾動柱半徑統(tǒng)一分布結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的禁帶特性進(jìn)行了研究，結(jié)果表明隨著介電常數(shù)的

5、增大，TE模式產(chǎn)生的禁帶數(shù)不斷增加，其寬度先增加后減小;TM模式產(chǎn)生的禁帶數(shù)及其寬度都是先增加后減小。存在最佳擾動柱半徑分布方式和介電常數(shù)值使外部擾動方式的禁帶特性最優(yōu)。
　　(3)在對稱結(jié)構(gòu)擾動型光子晶體波導(dǎo)結(jié)構(gòu)上，將擾動柱半徑作為擾動因子來進(jìn)行對波導(dǎo)慢光特性的分析。研究表明，增加擾動柱半徑可以使得群速度色散(GVD)屬于低色散區(qū)間，同時(shí)獲得較大的平均慢光帶寬，有效增大波導(dǎo)慢光的歸一化延遲帶寬積(NDBP)值，使之維持在0.3以