對稱結構擾動型光子晶體禁帶結構及慢光特性研究.pdf

1、光子晶體是由人工設計而成的介電常數(shù)呈周期分布的晶體結構。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。其獨特的慢光可控性也成為了光學領域的一個研究熱點。相比與其他慢光技術，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，光子晶體慢光技術在光延遲線、全光緩存以及全光網(wǎng)絡領域能制備出優(yōu)良性能的光學器件，可進一步提升光通信網(wǎng)的服務承載能力，具有很好的應用前景。
　　論文從擾亂光子晶體的原有對稱結構出發(fā)，通過改

2、變原胞中的介質柱特性或加入外來擾動介質柱的方式來改變原有晶胞的布里淵區(qū)基本結構，形成對稱結構擾動型的光子晶體結構。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構擾動型光子晶體中加入缺陷形成波導，進而通過仿真軟件來計算分析其波導慢光特性。論文主要的工作以及創(chuàng)新點如下:
　　(1)設計具有內部擾動方式的對稱結構擾動光子晶體，并采用了雙柱擾動和三柱擾動兩種方式來進行對內部擾動的優(yōu)化。研究不同介質柱半徑比例和不同介

3、質柱介電常數(shù)對其禁帶結構的影響。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，在此基礎上研究了不同介電常數(shù)對三柱擾動結構產(chǎn)生的禁帶特性進行了研究，結果表明: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)值使內部擾

4、動方式的禁帶特性最優(yōu)。
　　(2)設計具有外部擾動方式的對稱結構擾動光子晶體，以獲得更好的禁帶特性。在最佳內部擾動方式的基礎上引入外來擾動柱，設計了擾動柱半徑統(tǒng)一分布與擾動柱半徑比例分布兩種方式來進行對外部擾動禁帶結構的優(yōu)化。結果表明，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;同時此基礎上研究了不同介電常數(shù)對擾動柱半徑統(tǒng)一分布結構產(chǎn)生的禁帶特性進行了研究，結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)在對稱結構擾動型光子晶體波導結構上，將擾動柱半徑作為擾動因子來進行對波導慢光特性的分析。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，同時獲得較大的平均慢光帶寬，有效增大波導慢光的歸一化延遲帶寬積(NDBP)值，使之維持在0.3以