新型二維光子晶體波導的設計及慢光特性研究.pdf

1、慢光可用來增強光與物質(zhì)的相互作用，在光緩存、光通信、非線性光學等領域有著廣泛的應用。在產(chǎn)生慢光的各種方法中，光子晶體波導（PCW）中的慢光因其在光通信領域的應用而成為近年來人們研究的熱點。然而，由缺陷波導產(chǎn)生的高群折射率（ng）慢光通常伴隨著大的群速度色散（GVD），從而嚴重限制了慢光的帶寬，導致光信號畸變，影響了其在實際中的應用。針對當前慢光波導存在的GVD值大、帶寬窄、損耗大等主要問題，在本論文中，我們研究了幾種優(yōu)化光子晶體慢光波導

2、的方法，用平面波展開法（PWE）和時域有限差分法（FDTD）進行了仿真，并對仿真結(jié)果進行了詳細的分析，最終得到了寬帶寬、高群折射率、低GVD值的慢光。本論文具體內(nèi)容如下：
　　1.對慢光的概念及產(chǎn)生方法做了簡要的介紹；闡述了 PCW產(chǎn)生慢光的機理以及慢光的特性參數(shù)；給出了PCW慢光的兩種研究方法——PWE和FDTD的計算原理，針對這兩種方法詳細說明了波導色散曲線的計算步驟；總結(jié)了光子晶體慢光波導的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀。
　　2.對

3、正方晶格圓Si柱PCW和三角晶格Si基空氣孔PCW進行了對比分析，發(fā)現(xiàn)通過減小前者一排介質(zhì)柱的半徑可以獲得更低的群速度；研究了正方晶格圓Si柱PCW的缺陷柱半徑對慢光特性的影響，發(fā)現(xiàn)隨著缺陷柱半徑的增加，群速度逐漸減小，而帶寬也相應變窄；研究了三角晶格Si基空氣孔 PCW中缺陷空氣孔半徑的大小對慢光特性的影響，分別對rd>0.3a和rd<0.3a的情況進行了討論，發(fā)現(xiàn)隨著缺陷空氣孔半徑的增加，最大群速度呈逐漸減小的趨勢；給出了不同頻率的

4、光在波導中傳輸時的能量傳輸圖；通過兩種PCW的對比，表明了三角晶格Si基空氣孔PCW在產(chǎn)生慢光方面的優(yōu)越性。
　　3.基于三角晶格 Si基空氣孔 PCW，沿著與波導平行的方向移動空氣孔的位置，得到了群折射率為31、帶寬為19.1 nm的慢光；通過在波導中嵌入溝槽，再沿著與波導垂直的方向移動空氣孔，獲得了群折射率為30、帶寬為23.6 nm的慢光；將空氣孔的形狀改變?yōu)闄E圓形，通過不斷地調(diào)整長短半軸，最終獲得了群折射率為22.7~35