光子晶體波導的局域和傳輸特性研究.pdf

1、光子晶體波導是光子晶體研究領(lǐng)域最重要的研究方向之一。它主要有兩種結(jié)構(gòu)形式，一是線缺陷光子晶體波導，二是耦合腔波導。由于這兩種形式的波導都具有非常好的應(yīng)用前景，因此值得對它們的局域和傳輸特性進行細致的研究。本文針對這兩種形式的波導，通過設(shè)計不同的研究模型從幾個不同的角度探究了光在系統(tǒng)中的局域和傳輸特性。
　　論文從以下三個方面著手，對問題進行深入的研究：
　　其一，是采用時域有限差分方法研究光在多光量子阱系統(tǒng)和級聯(lián)波導系統(tǒng)中的

2、局域和傳輸特性。對于多光量子阱系統(tǒng)，是采用類比電子在半導體量子阱中行為的方法進行研究。分別考慮了∥向有限和∥向無限兩種系統(tǒng)，隨著阱數(shù)的增加兩種系統(tǒng)均產(chǎn)生了共振劈裂效應(yīng)。但是在∥向有限系統(tǒng)存在尺寸效應(yīng)，即隨著∥向尺寸的減小，共振峰群中心朝著高頻方向移動。數(shù)值結(jié)果表明，對于兩種系統(tǒng)當采用特定的平面波入射，可以得到一個多層次的場模分布，即當系統(tǒng)的阱數(shù)是奇數(shù)（偶數(shù)），強局域發(fā)生在奇數(shù)（偶數(shù)）指標的阱中，但是同樣由于尺寸效應(yīng)局域強度有所不同。文中

3、級聯(lián)波導系統(tǒng)的提出是受到級聯(lián)自準直光子晶體的波導（有效光束來自多自準直光的干涉）的啟發(fā)。不同于傳統(tǒng)的波導源，數(shù)值模擬模型中我們采用平面波作為入尉源。結(jié)果表明，可以在光子晶體的禁帶內(nèi)實現(xiàn)有效的導模。如果在光子晶體中引入缺陷也可以達到同樣的目的。通過和光量子阱的比擬，證實了級聯(lián)波導系統(tǒng)中的強耦合效應(yīng)。
　　其二，是將三能級EIT介質(zhì)鑲嵌在耦合腔波導中。探測光采用兩種方式入射，分別是探測光位于腔模和傳輸模，同時控制光位于腔模。研究表明，

4、無論探測光位于腔模還是傳輸模，均可得到極慢光速。當EIT機制不工作時，探測光的群速退化為光耦合腔波導中群速，所以系統(tǒng)可以看作是耦合腔背景下的EIT機制。通過和真空背景下的EIT機制相比，發(fā)現(xiàn)前者比后者能夠更有效地實現(xiàn)極慢光速。進一步將四能級原子引入到耦合腔波導構(gòu)成系統(tǒng)?？紤]兩束探測光和一束控制光入射系統(tǒng)，并且它們均位于腔模。采用廣義相干態(tài)方法，實現(xiàn)了兩探測光的糾纏，其中一束探測光在耦合腔背景的EIT機制下群速減慢，而另一束探測光在耦合腔

5、波導中也實現(xiàn)了群速的減慢。通過調(diào)節(jié)控制光的拉比頻率，實現(xiàn)了兩糾纏探測光群速的不同匹配關(guān)系。
　　其三，是將三能級量子摻雜鑲嵌在線缺陷光子晶體波導中構(gòu)成系統(tǒng)，并考慮一個單光子和激光外場入射系統(tǒng)。采用實空間哈密頓模型和S矩陣理論得到了系統(tǒng)的透射譜和反射譜。研究發(fā)現(xiàn)，譜的線寬主要依賴與原子系統(tǒng)的耦合常數(shù)，并且譜的峰值位置隨著拉比頻率的變化而發(fā)生移動。利用這些規(guī)律實現(xiàn)了有效的單光子開關(guān)。然后對于前面提到系統(tǒng)，僅僅將單光子入射改為兩光子入射