光子晶體低色散波導(dǎo)的研究

1、 分類號 密級 UDC 1 注 學(xué) 位 論 文 光子晶體低色散波導(dǎo)的研究 （題名和副題名） 張 翔 （作者姓名） 指導(dǎo)教師姓名 朋漢林 副研究員 電子科技大學(xué) 成 都 （職務(wù)、職稱、學(xué)位、單位名稱及地址） 申請專業(yè)學(xué)位級別 碩士 專業(yè)名

2、稱 光 學(xué) 工 程 論文提交日期 2012.04 論文答辯日期 2012.05 學(xué)位授予單位和日期 電子科技大學(xué) 答辯委員會主席 評閱人 2012 年 月 日 注 1：注明《國

3、際十進(jìn)分類法 UDC》的類號。 摘要 I 摘 要 介電常數(shù)周期性排列的人工微結(jié)構(gòu)——光子晶體能夠利用其獨特的能帶結(jié)構(gòu)有效的控制光在空間中的傳輸。慢光效應(yīng)正是光子晶體控光特性的力證。受周期性散射元的強烈調(diào)制，光子晶體波導(dǎo)中的光信號不僅實現(xiàn)了慢光模式傳輸，同時也產(chǎn)生了強烈的群速度色散，導(dǎo)致慢光模式下的光信號發(fā)生明顯的波形畸變和脈寬展寬，信號中加載的信息無法得到正確的辨識。綜上所述，降低甚至消除慢光傳輸過程中強烈的群速度色散對未來光子晶體在全

4、光網(wǎng)絡(luò)中的實際應(yīng)用意義重大。 針對上述問題，本論文的主要工作安排及研究成果如下： 1．首先詳細(xì)的闡述了光子晶體能帶分析和時域仿真中應(yīng)用的核心算法：平面波拓展法和時域有限差分法。在理解核心算法的基礎(chǔ)上進(jìn)一步分析了光子晶體波導(dǎo)中三個重要晶格參數(shù)——有效折射率、空氣孔半徑及空氣孔位置對能帶結(jié)構(gòu)的影響，詳細(xì)分析了有效折射率的增大，空氣孔半徑的變化及其位置的外移對能帶結(jié)構(gòu)的影響。 2． 首先介紹了異質(zhì)結(jié)型 （PN） 光子晶體低色散波導(dǎo)的定義及其色

5、散補償原理。然后分別分析了 P（Positive）型光子晶體波導(dǎo)的色散特性和 N（Negative）型光子晶體波導(dǎo)的色散特性，研究表明隨著第二排空氣孔半徑的變化，不僅色散曲線形態(tài)發(fā)生改變，截止頻率也會隨著空氣孔半徑的變化而變化。通過分析它們的色散特性確定色散補償?shù)姆秶鸀?1547.6nm-1552.5nm， 且等效群速度為 25。 最后通過時域仿真驗證了異質(zhì)結(jié)型光子晶體波導(dǎo)的低色散特性， 輸出脈沖僅產(chǎn)生 5.3%的展寬，且群速度理論值與

6、仿真驗證值基本一致。針對直接耦合型異質(zhì)結(jié)光子晶體低色散波導(dǎo)傳輸效率低的問題，設(shè)計了 PLN 型光子晶體低色散波導(dǎo)，通過添加線性段緩解群折射率失配從而明顯提高耦合傳輸效率，傳輸系數(shù)提高了 63.2%。 3．歸納總結(jié)了現(xiàn)有文獻(xiàn)資料所提供的線性光子晶體低色散波導(dǎo)設(shè)計方法，分別是改變散射元半徑，調(diào)整散射元形態(tài)，調(diào)節(jié)散射元位置和控制波導(dǎo)寬度。在此基礎(chǔ)上提出新型線性光子晶體低色散波導(dǎo)設(shè)計方法，通過外移空氣孔及改變空氣孔半徑引入線性能帶。詳細(xì)的分析了