狹縫波導(dǎo)的偏振轉(zhuǎn)換特性研究.pdf

1、狹縫波導(dǎo)是未來全光通訊領(lǐng)域中構(gòu)成光子光路的一種極具潛力的微納器件?；讵M縫波導(dǎo)的微納光學(xué)器件由于其對光束具有強(qiáng)局域、高強(qiáng)度等特點，而在光學(xué)非線性效應(yīng)、全光開關(guān)、光調(diào)制以及光學(xué)信號處理等領(lǐng)域具有豐富的應(yīng)用前景?？紤]到狹縫波導(dǎo)本身對模式的偏振方向是敏感的，以及光子光路對極化分集的需求，因此一種能夠轉(zhuǎn)換偏振模式的偏振轉(zhuǎn)換器件將是全光通訊領(lǐng)域內(nèi)必不可少的重要器件。
　　本文提出了三種基于狹縫波導(dǎo)的偏振轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)。使用模式演化理論推導(dǎo)了偏振

2、模在線性偏振轉(zhuǎn)換器中的模式旋轉(zhuǎn)機(jī)制；在線性偏振轉(zhuǎn)換器中引入非線型幾何構(gòu)型并且對實現(xiàn)了具有超小尺寸的偏振轉(zhuǎn)換器。在能夠同時傳輸正交偏振模式的交叉狹縫波導(dǎo)中，通過在不同層狹縫間引入對稱性偏折而使構(gòu)造了基于交叉狹縫波導(dǎo)的偏振轉(zhuǎn)換器。在偏振轉(zhuǎn)換器直線構(gòu)型的基礎(chǔ)上引入了微環(huán)結(jié)構(gòu)，研究了在帶有位錯的雙諧振環(huán)結(jié)構(gòu)中的偏振模式演化，構(gòu)造了光束角向傳播的微環(huán)偏振轉(zhuǎn)換器，從而實現(xiàn)了超微環(huán)形偏振轉(zhuǎn)換器。我們使用時域有限差分方法，通過數(shù)值模擬對偏振光束在上述的

3、偏振轉(zhuǎn)換器件中的傳播特性進(jìn)行了分析。
　　首先，本文提出了具有非線型幾何構(gòu)型的狹縫波導(dǎo)偏振轉(zhuǎn)換器。通過使用模式演化理論對線性偏振轉(zhuǎn)換器的分析，研究了偏振模式在偏振轉(zhuǎn)換過程中的非完美耦合的耦合特性。提出了通過構(gòu)造非線型幾何構(gòu)型提高原有非完美耦合的偏振模式轉(zhuǎn)換效率，利用慢變模式耦合理論的理論對上述非線型偏振轉(zhuǎn)換器進(jìn)行了解釋。并引入了升余弦函數(shù)作為偏振耦合器的非線型幾何構(gòu)型，并對升余弦參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，從而構(gòu)造了具有超小尺寸的非線型偏振轉(zhuǎn)換

4、器。
　　其次，針對集成光子光路的多信道傳輸特性，提出了一種適用于極化分集的交叉狹縫波導(dǎo)偏振轉(zhuǎn)換器。利用狹縫波導(dǎo)高能量束縛的特點，以交叉狹縫結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)構(gòu)造偏振轉(zhuǎn)換器。提出了通過交錯的雙狹縫結(jié)構(gòu)提高系統(tǒng)扭曲度，從而提高偏振轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)化率的新型交叉狹縫波導(dǎo)偏振轉(zhuǎn)換器。利用非線型耦合的模式演化理論對交叉狹縫的設(shè)計進(jìn)行了分析，通過非線型方案對交叉狹縫結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，實現(xiàn)了同時具有高轉(zhuǎn)換效率和高能量束縛等特性的交叉狹縫波導(dǎo)偏振轉(zhuǎn)換器。

5、　　最后，本文提出了一種基于環(huán)形諧振腔的微環(huán)偏振轉(zhuǎn)換器。引入了由雙諧振環(huán)垂直堆疊所構(gòu)成的雙環(huán)狹縫波導(dǎo)諧振腔。從理論上對雙諧振環(huán)存在位錯時的偏振模式耦合特性進(jìn)行了分析，提出了利用雙波導(dǎo)諧振環(huán)構(gòu)建具有偏振模轉(zhuǎn)換功能的偏振轉(zhuǎn)換器的設(shè)計。分析了微環(huán)諧振的諧振腔模式，以及狹縫波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)參數(shù)對偏振轉(zhuǎn)換的影響。創(chuàng)造性的將傳統(tǒng)的線性偏振轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)放入諧振微環(huán)中，通過偏振光束的角向傳播過程完成了偏振模式間的能量轉(zhuǎn)移，不但極大的縮小了偏振轉(zhuǎn)換器件的尺寸，而且