光子晶體波導(dǎo)特性分析與基于自映像原理的器件設(shè)計(jì).pdf

1、光子晶體是按照晶體的對(duì)稱性制備的周期性介電結(jié)構(gòu)，其基本特征是具有光子帶隙結(jié)構(gòu)。光子晶體的帶隙結(jié)構(gòu)由光子晶體的對(duì)稱性、材料的介電常數(shù)和原胞的大小決定。光子晶體已成為近年來國(guó)際科學(xué)領(lǐng)域研究熱點(diǎn)。
　　 光子晶體結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，使人們難以對(duì)其做定性或解析分析，只能應(yīng)用繁復(fù)的數(shù)值模擬。本論文采用的理論方法是時(shí)域有限差分方法(FDTD)，該方法在電磁場(chǎng)數(shù)值模擬領(lǐng)域正受到越來越多的注意。它直接在時(shí)域求解離散化了的麥克斯韋方程組，能模擬任意幾何

2、形狀的結(jié)構(gòu);它的另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可以通過脈沖輸入響應(yīng)的傅立葉變換，一次計(jì)算出包含很大頻率范圍的結(jié)果。本文利用時(shí)域有限差分方法分析了光子晶體線缺陷的電磁特性，然后分析了線缺陷與點(diǎn)缺陷的耦合特性，并設(shè)計(jì)了一種能提高單頻電磁波耦合效率的分頻模型。
　　 在本文中所設(shè)計(jì)的器件其主要原理是多模干涉自映像效應(yīng)，它可以簡(jiǎn)單地描述為：在多模波導(dǎo)自映像效應(yīng)中，沿著波導(dǎo)的傳播方向，將周期性地自復(fù)制出輸入場(chǎng)的單像或多像。自鏡像效應(yīng)是多模波導(dǎo)中被激勵(lì)起來

3、的模式間相長(zhǎng)性干涉的結(jié)果，多模干涉器的工作原理是基于Ulrich的多模波導(dǎo)的自鏡像效應(yīng)。通過這個(gè)效應(yīng)，沿波導(dǎo)的傳播方向?qū)⒅芷谛缘禺a(chǎn)生輸入場(chǎng)的一個(gè)或多個(gè)像。基于此原理設(shè)計(jì)的1×2波分器：由單模波導(dǎo)不對(duì)稱入射的多模干涉區(qū)的結(jié)構(gòu)，數(shù)值分析光在多模干涉區(qū)傳播過程中成像位置。利用導(dǎo)模傳輸法計(jì)算正像與鏡像的位置設(shè)定輸出波導(dǎo)位置。將二個(gè)或二個(gè)以上光子晶體波導(dǎo)平行鄰近放置，可構(gòu)成一個(gè)定向耦合器，根據(jù)自映像原理設(shè)計(jì)的1×N分束器：由單模波導(dǎo)對(duì)稱入射的多模