光子晶體波導的耦合特性及其應用研究.pdf

1、光子晶體作為一種具有周期性介電結構的人工材料，由于具有光子帶隙的特性而引起廣泛關注。在完整光子晶體中引入線缺陷，形成光子晶體波導，可實現(xiàn)大拐彎處的低損耗甚至零損耗的能量傳輸?；诠庾泳w波導的各種光電器件，由于具有體積小，易于大規(guī)模光電集成等優(yōu)點而得到迅速發(fā)展。其中，光子晶體波導構成的定向耦合器是光通信領域中的重要光學元件，可以用來制作多種光電器件。 本論文主要做了以下幾個方面的工作： 1.研究了二維三角晶格介質柱光子晶

2、體中TM帶隙與介質柱半徑的關系，及二維三角晶格空氣孔光子晶體TE帶隙與空氣孔半徑的關系。計算得到了TM模在介質柱彎曲波導中的透射譜，及TE模在空氣孔彎曲波導和TM模在空氣孔直波導中的透射譜。為本論文中基于光子晶體波導的定向耦合型器件的設計提供了基礎。 2.在分析二平行光子晶體波導及三平光子晶體波導的耦合特性的基礎上，研究了耦合區(qū)結構經過微調后的波導間的耦合特性。結果表明：耦合區(qū)結構的微調會改變各導模的干涉結果，從而引起光場在耦合

3、區(qū)的重新分布。 3.基于自映像理論，以五平行光子晶體波導和七平行光子晶體波導為例，研究了對稱入射條件下，多光子晶體波導間的耦合特性。提出了一種實現(xiàn)光子晶體波導定向耦合型多路光均分的新方法。僅僅通過對稱地改變耦合區(qū)中兩個介質柱的有效折射率，使光場在橫向發(fā)生重新分布，實現(xiàn)了輸出能量的均分或自由分配。和已報道結果相比，此調制方法更為簡單易行而且效率更高。在未來的集成光回路中具有廣泛的應用價值。 4.提出了一種調制光子晶體波導定

4、向耦合型1×2分束器的輸出能量比的方法。通過非對稱地改變耦合區(qū)的一排介質柱的折射率，可實現(xiàn)輸出能量比在一定范圍內的自由調節(jié)，且分束器具有很高的總透射率。 5.將兩個二維空氣孔光子晶體波導平行放置，兩波導之間由三排空氣孔相隔，構成一個定向耦合器。數(shù)值分析和模擬了TE(磁場平行于空氣孔)和TM(電場平行于空氣孔)偏振態(tài)光波在該系統(tǒng)中的傳播行為。結果顯示，減小耦合區(qū)兩波導間的一排空氣孔的半徑，TE模的耦合長度減小，而TM模的耦合長度不