多模干涉型光子晶體波導耦合系統(tǒng)的特性及其應用研究.pdf

1、基于傳統(tǒng)光波導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動的周期性介電材料為實現(xiàn)光子集成回路(PICs)開辟了新的道路。光子晶體的周期為波長的數(shù)量級，光子晶體銳角波導可以實現(xiàn)低損耗甚至零損耗的光傳輸。同時多模干涉型光子學器件是PICs中的一個重要領域，本論文結合光子晶體波導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耦合系統(tǒng)的特性及其應用。 首先把多個光子晶體單模波導鄰近、平行放置形成的

2、波導系統(tǒng)視為多模波導耦合系統(tǒng)，采用導模傳輸法，分析和討論了光場在非對稱入射時該系統(tǒng)中的自映像原理，得到了出現(xiàn)輸入場的正像或鏡像的數(shù)值條件。多個本征導模能夠近于簡并，以近簡并點附近的頻率入射的光波的能量被高度局域在原輸入波導的方向，實現(xiàn)了多波導之間的解耦合，解耦合頻率維持在兩耦合波導的解耦合點附近。設計并模擬分析了一種超短、低串擾的粗波分復用/解復用器件。 分析了上述多模耦合系統(tǒng)中的對稱性自映像原理。在三波導耦合系統(tǒng)中，通過減小耦

3、合波導間調制區(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，基于此設計了超短3dB光功分器。1.551μm的輸入光功率僅通過1.2μm的長度就能被平均分配。該結構不僅體積超小，而且透射響應譜保持高透射和大帶寬的特性。在三個以上波導組成的耦合系統(tǒng)中，通過改變耦合波導之間調制區(qū)的有效折射率而改變激發(fā)偶導模模場分布，實現(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調制的Ⅳ重像，無需采用級連結構將輸入光功率自由分配(包括

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