光子晶體中光傳輸特性的理論研究.pdf

1、本論文基于國(guó)家自然科學(xué)基金資助課題“無(wú)序介質(zhì)激光機(jī)理的相關(guān)研究”及“單光子激光的新機(jī)理研究”的工作基礎(chǔ)上,圍繞光子晶體的光傳輸特性,分別對(duì)正負(fù)折射率交替變化的一維光子晶體的透射譜,一維三元光子晶體微腔的模式競(jìng)爭(zhēng)特性進(jìn)行了研究,深入探討了二維三角晶格光子晶體點(diǎn)缺陷的光子局域化,以及光子晶體波導(dǎo)的耦合特性,論文主要內(nèi)容包括:
　　 1、光子晶體的研究現(xiàn)狀及其理論方法介紹。
　　 2、基于傳輸矩陣法(TMM)理論,研究了折射率

2、正負(fù)交替光子晶體正入射時(shí),介質(zhì)層數(shù)目和光學(xué)厚度隨機(jī)對(duì)光波傳輸特性的影響,并計(jì)算透射譜以及介質(zhì)層內(nèi)光場(chǎng)的分布。結(jié)果表明:光子晶體的傳輸特性與隨機(jī)度和介質(zhì)層的厚度相關(guān),透射率隨介質(zhì)層厚度隨機(jī)度的增大而降低,帶寬變窄；透過(guò)率隨介質(zhì)層數(shù)目的增大而減小,禁帶寬度卻變得更寬；介質(zhì)層內(nèi)光場(chǎng)呈現(xiàn)局域狀態(tài)。
　　 3、利用傳輸矩陣?yán)碚撗芯苛艘痪S三元光子晶體帶增益介質(zhì)微腔的傳輸特性,結(jié)果表明:透射譜呈現(xiàn)出模式競(jìng)爭(zhēng)特性；發(fā)現(xiàn)透射主峰的中心波長(zhǎng)和Zno

3、增益介質(zhì)層厚度互相匹配。在其他參數(shù)合適的情況下,改變Zno增益介質(zhì)層厚度,透射主峰的中心波長(zhǎng)也相應(yīng)改變。另外,增大光子晶體介質(zhì)層數(shù)目或增大泵浦光強(qiáng)度,模式競(jìng)爭(zhēng)現(xiàn)象更加明顯。
　　 4、通過(guò)平面波展開(kāi)法對(duì)二維點(diǎn)缺陷三角晶格光子晶體的微腔結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究,計(jì)算得出其色散圖以及缺陷模分布。結(jié)果表明:缺陷模波長(zhǎng)與微腔諧振波長(zhǎng)基本吻合。利用FDTD模擬諧振波長(zhǎng)波段的電磁波在光子晶體中傳播的動(dòng)態(tài)演化過(guò)程,并計(jì)算出局域模的空間分布圖。最后在有規(guī)律

4、地改變?nèi)毕葜車橘|(zhì)柱半徑的情況下實(shí)現(xiàn)諧振中心波長(zhǎng)的可調(diào)性。
　　 5、提出一種基于光子晶體耦合波導(dǎo)實(shí)現(xiàn)光開(kāi)關(guān)效應(yīng)的方法:將線缺陷引入二維光子晶體以形成兩平行的鄰近波導(dǎo),兩鄰近波導(dǎo)及其中間的兩排介質(zhì)柱構(gòu)成了光開(kāi)關(guān)模型耦合區(qū)；利用平面波展開(kāi)法計(jì)算了不同介質(zhì)填充率情況下的色散特性曲線。結(jié)果發(fā)現(xiàn):減小介質(zhì)填充率可以實(shí)現(xiàn)波導(dǎo)耦合長(zhǎng)度的減??；分段調(diào)整中間介質(zhì)柱的填充率和選擇不同的耦合搭配長(zhǎng)度,定向耦合器內(nèi)的光波可以與任意分段介質(zhì)進(jìn)行獨(dú)立、互