二維光子晶體波分解復(fù)用器的設(shè)計(jì)與研究.pdf

1、光子晶體是由不同介電常數(shù)的介質(zhì)隨空間的周期排列而形成的一種人工材料,其最為突出的特性是具有“光子帶隙”,即頻率處在禁帶范圍內(nèi)的所有模式的電磁波被禁止傳播。由于這種特性,在光子晶體中引入缺陷能有效的控制光的傳播。光子晶體波分解復(fù)用器是應(yīng)用最為廣泛的光子晶體器件之一,主要用于連接或者分離攜帶不同信息波長的光波。本文研究了光子晶體波導(dǎo)和諧振腔傳輸特性,并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了兩種波分解復(fù)用器。
　　 本論文的結(jié)構(gòu)如下:
　　 1.分

2、析介紹了耦合模理論并研究了波導(dǎo)間的耦合特性,根據(jù)光子晶體波導(dǎo)間的耦合作用,證明波導(dǎo)的輸出狀態(tài)可以通過改變耦合長度控制。另外分析了耦合介質(zhì)柱的半徑和折射率對耦合特性的影響,從而證明通過改變耦合長度和耦合介質(zhì)柱折射率或半徑可以合理的設(shè)計(jì)定向耦合器。
　　 2.分析介紹了微腔和波導(dǎo)間的耦合關(guān)系,以對稱式諧振腔和波導(dǎo)間的耦合關(guān)系為例,計(jì)算了傳輸系數(shù)的表達(dá)式,得到傳輸系數(shù)最大時(shí)系統(tǒng)各個(gè)參數(shù)間的關(guān)系式。從該關(guān)系式中我們得出可以通過改變微腔和

3、反射端的位置關(guān)系改變相應(yīng)端口的出射率,這對于設(shè)計(jì)簡單、高效率的濾波器有很大的意義。
　　 3.根據(jù)波導(dǎo)耦合和微腔的耦合關(guān)系,設(shè)計(jì)了一種波分解復(fù)用器。該波分解復(fù)用器可以很好的將波導(dǎo)耦合和微腔耦合相結(jié)合,從而實(shí)現(xiàn)寬帶寬和窄帶寬的同時(shí)高效率輸出,這大大加強(qiáng)了波分解復(fù)用器應(yīng)用的靈活性。
　　 4.利用光波的倏逝耦合和導(dǎo)模共振理論計(jì)算微腔中心頻率和波導(dǎo)固有頻率,通過兩者的色散關(guān)系確定該模型下可以被激發(fā)的頻率,即當(dāng)微腔禁帶內(nèi)的頻率與

4、波導(dǎo)的頻率相近時(shí),可以實(shí)現(xiàn)不同頻率的光波的輸出?；诠舱耨詈锨坏倪@種特性,可以通過調(diào)控微腔結(jié)構(gòu),改變輸出波長。在此基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了一種T型結(jié)構(gòu)的四通道波分解復(fù)用器,通過改變微腔結(jié)構(gòu)中介質(zhì)柱半徑調(diào)控微腔中心頻率,從而改變其所在通道的輸出波長,實(shí)現(xiàn)1310nm、1490nm和1.550nm三個(gè)波長的高效、窄帶寬濾波。對于該結(jié)構(gòu)的光子晶體波分解復(fù)用器的數(shù)值模擬最終結(jié)果表明,該結(jié)構(gòu)下的三個(gè)波長的透射率均達(dá)到95％以上,且半波長帶寬僅為5nm左右。