多模干涉型光子晶體波導(dǎo)耦合系統(tǒng)的特性及其應(yīng)用研究.pdf

1、基于傳統(tǒng)光波導(dǎo)的器件由于尺寸較大和集成度不高一直困擾著光子集成。光子晶體這種能夠操縱光子運(yùn)動(dòng)的周期性介電材料為實(shí)現(xiàn)光子集成回路(PICs)開(kāi)辟了新的道路。光子晶體的周期為波長(zhǎng)的數(shù)量級(jí)，光子晶體銳角波導(dǎo)可以實(shí)現(xiàn)低損耗甚至零損耗的光傳輸。同時(shí)多模干涉型光子學(xué)器件是PICs中的一個(gè)重要領(lǐng)域，本論文結(jié)合光子晶體波導(dǎo)和多模干涉耦合器的特性，研究了多模干涉型光子晶體波導(dǎo)耦合系統(tǒng)的特性及其應(yīng)用。 首先把多個(gè)光子晶體單模波導(dǎo)鄰近、平行放置形成的

2、波導(dǎo)系統(tǒng)視為多模波導(dǎo)耦合系統(tǒng)，采用導(dǎo)模傳輸法，分析和討論了光場(chǎng)在非對(duì)稱(chēng)入射時(shí)該系統(tǒng)中的自映像原理，得到了出現(xiàn)輸入場(chǎng)的正像或鏡像的數(shù)值條件。多個(gè)本征導(dǎo)模能夠近于簡(jiǎn)并，以近簡(jiǎn)并點(diǎn)附近的頻率入射的光波的能量被高度局域在原輸入波導(dǎo)的方向，實(shí)現(xiàn)了多波導(dǎo)之間的解耦合，解耦合頻率維持在兩耦合波導(dǎo)的解耦合點(diǎn)附近。設(shè)計(jì)并模擬分析了一種超短、低串?dāng)_的粗波分復(fù)用/解復(fù)用器件。 分析了上述多模耦合系統(tǒng)中的對(duì)稱(chēng)性自映像原理。在三波導(dǎo)耦合系統(tǒng)中，通過(guò)減小耦

3、合波導(dǎo)間調(diào)制區(qū)的有效折射率，顯著地縮短受激發(fā)的兩偶模之間的拍長(zhǎng)，基于此設(shè)計(jì)了超短3dB光功分器。1.551μm的輸入光功率僅通過(guò)1.2μm的長(zhǎng)度就能被平均分配。該結(jié)構(gòu)不僅體積超小，而且透射響應(yīng)譜保持高透射和大帶寬的特性。在三個(gè)以上波導(dǎo)組成的耦合系統(tǒng)中，通過(guò)改變耦合波導(dǎo)之間調(diào)制區(qū)的有效折射率而改變激發(fā)偶導(dǎo)模模場(chǎng)分布，實(shí)現(xiàn)耦合系統(tǒng)中的N(N>2)重像橫向重新分布。在橫向位置直接輸出通過(guò)調(diào)制的Ⅳ重像，無(wú)需采用級(jí)連結(jié)構(gòu)將輸入光功率自由分配(包括

4、平均分配)到多個(gè)輸出端口中。即使輸出通道數(shù)很大，依然可以獲得超微結(jié)構(gòu)和高輸出效率。通道數(shù)達(dá)20時(shí)，1.55μm的輸入光功率的分裂長(zhǎng)度僅為35μm。 理論研究了全內(nèi)反射型光子晶體多模波導(dǎo)。當(dāng)多模導(dǎo)光區(qū)的有效折射率大于環(huán)境折射率時(shí)，即使沒(méi)有光子帶隙，輸入光場(chǎng)能依據(jù)全內(nèi)反射和布拉格反射的聯(lián)合效應(yīng)而沿著多模導(dǎo)光區(qū)高效地傳輸。將多模波導(dǎo)等效為常規(guī)的三層平板波導(dǎo)，模擬結(jié)果證實(shí)了這種等效結(jié)構(gòu)能有效地描述該結(jié)構(gòu)中的多模干涉效應(yīng)。結(jié)合利用光子帶隙