光子系統(tǒng)中非互易傳輸現(xiàn)象及光子器件研究.pdf

1、非互易光子器件作為光子系統(tǒng)中不可缺少的匹配元件，包括光隔離器、光環(huán)行器和光二極管等，可以實(shí)現(xiàn)光信號(hào)的定向傳播和調(diào)控。在將光子系統(tǒng)不斷小型化，集成化的過(guò)程中，對(duì)各個(gè)光處理功能器件的小型化勢(shì)在必行。在這樣的前提下，可集成片上的微納尺度非互易光子器件的研究顯得尤為重要。
　　本文利用時(shí)間反演對(duì)稱性破缺機(jī)制，分析了非互易光傳輸行為的產(chǎn)生機(jī)理，并設(shè)計(jì)了幾類結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的非互易光子器件結(jié)構(gòu)。同時(shí)，對(duì)非互易光子行為的結(jié)構(gòu)，材料等參數(shù)進(jìn)行了深入研究。

2、
　　本論文的完成受到了教育部科學(xué)技術(shù)研究重大項(xiàng)目培育基金和國(guó)家自然科學(xué)基金的資助。具體的研究?jī)?nèi)容如下：
　　1.磁光光子晶體中單向波導(dǎo)的電磁傳輸特性研究
　　1)利用磁光光子晶體設(shè)計(jì)出了單向的光子晶體波導(dǎo)。在該波導(dǎo)內(nèi)特定頻率的電磁波只能沿某一特定方向傳播，而反向傳播被抑制。
　　2)基于磁光光子晶體帶結(jié)構(gòu)分析，指出該單向性電磁模式源于磁光光子晶體中因外磁場(chǎng)所引入的獨(dú)特帶隙結(jié)構(gòu)。
　　3)討論了電磁波耦合進(jìn)

3、入單向波導(dǎo)的奇異耦合特性。
　　2.磁光介質(zhì)磁疇壁處單向邊界模研究
　　1)利用磁光介質(zhì)引入的時(shí)間反演對(duì)稱破缺機(jī)制，提出在磁疇壁處存在的一種單向性邊界電磁模式，并深入討論了其存在條件，產(chǎn)生原因和電磁隔離的一些特性。
　　2)而后基于這一單向電磁模式，提出了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且具有寬頻特性的電磁隔離器件結(jié)構(gòu)，并且分析了此結(jié)構(gòu)的隔離特性。
　　3.基于非互易微環(huán)諧振腔的光信號(hào)隔離研究
　　1)基于磁疇壁處的單向性邊

4、界電磁模式，構(gòu)建了含有磁疇壁的非互易波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，并計(jì)算了此非互易波導(dǎo)的正、反向傳輸模式的色散關(guān)系。2)基于此非互易波導(dǎo)提出并討論了一種非互易微環(huán)諧振腔結(jié)構(gòu)。數(shù)值結(jié)果表明，此非互易微環(huán)諧振腔可以在可見光頻段實(shí)現(xiàn)高于20dB的光信號(hào)隔離。
　　4.高透過(guò)率大角度波導(dǎo)彎折結(jié)構(gòu)的研究
　　1)基于磁疇壁處的單向性邊界電磁模式，在微波頻段提出具有非互易傳輸特性的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。
　　2)并著重分析了利用此非互易波導(dǎo)進(jìn)行高透過(guò)率波導(dǎo)彎折的

5、可行性。通過(guò)在磁疇壁彎折處添加圓角過(guò)渡，實(shí)現(xiàn)了大角度的高透過(guò)率波導(dǎo)彎折。數(shù)值仿真結(jié)果表明此波導(dǎo)彎折結(jié)構(gòu)具有寬頻的高透過(guò)特性、彎折結(jié)構(gòu)緊湊、保持電磁模式分布的最小畸變?nèi)齻€(gè)顯著特點(diǎn)。
　　5.非互易超常光學(xué)透過(guò)現(xiàn)象研究
　　1)提出一種雙層光柵結(jié)構(gòu)，在近紅外頻段實(shí)現(xiàn)了非互易的超常光學(xué)透過(guò)現(xiàn)象。
　　2)進(jìn)一步分析了這一結(jié)構(gòu)的超常光學(xué)透過(guò)非互易性與入射光角度和磁光介質(zhì)層厚度均有關(guān)。當(dāng)入射角度為27°，對(duì)應(yīng)磁光介質(zhì)層厚度為29