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《新型二維光子晶體自準(zhǔn)直濾波器設(shè)計(jì)和數(shù)值模擬論文》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫(kù)。
1、中文摘要光子晶體因其色散關(guān)系的多樣性，能夠在與工作波長(zhǎng)可比擬的尺度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)光傳輸?shù)亩鄻涌刂?，因此光子晶體器件有望在未來(lái)的集成光路(即光子芯片)獲得重要應(yīng)用。在過(guò)去十幾年，基于光子晶體的微米尺度光器件已成為一個(gè)國(guó)際研究熱點(diǎn)。本論文利用平面波展開(kāi)法和時(shí)域有限差分法進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，利用光子晶體所特有的光束自準(zhǔn)直現(xiàn)象，圍繞自準(zhǔn)直光束干涉效應(yīng)這一國(guó)際前沿課題，提出和設(shè)計(jì)了幾種新型二維光子晶體濾波器。主要研究工作和成果如下：1．設(shè)計(jì)分析了兩種基本類型的光子晶體(介質(zhì)圓柱和空氣圓孔)中的自準(zhǔn)直光束全反射器和分束器。全
2、反射器有兩種構(gòu)成方式：利用光子晶體禁帶以及空氣邊界來(lái)全反射；分束器利用空氣溝或者利用線缺陷來(lái)完成。通過(guò)這些器件能夠靈活控制光束直角轉(zhuǎn)彎和1：1比率的分束。2．運(yùn)用自準(zhǔn)直光束之間的干涉原理，設(shè)計(jì)了光子晶體自準(zhǔn)直Mach．Zehnder(MZ)干涉儀。主要包括介質(zhì)圓柱和空氣圓孔兩種類型，系統(tǒng)研究了它們的濾波特性。在自準(zhǔn)直頻率范圍內(nèi)，兩個(gè)輸出端口的透射譜均呈正弦形且互補(bǔ)，透射峰隨著兩干涉臂的光程差增加而向低頻移動(dòng)。一組等頻率間隔的自準(zhǔn)直光束可經(jīng)MZ干涉儀濾波為兩組頻率間隔倍增的光束?？捎糜诠庾有酒ǚ纸鈴?fù)用器或
3、interleaver。3．利用自準(zhǔn)直光束垂直相交無(wú)串?dāng)_的特性，設(shè)計(jì)了折疊式MZ干涉儀。系統(tǒng)研究了它的特性。這個(gè)結(jié)構(gòu)不僅有上述MZ干涉儀的性質(zhì)，而且其光出口和入口在同一側(cè)，為將來(lái)器件的使用方便創(chuàng)造了有利條件，同時(shí)有效地減小了器件尺寸。4．通過(guò)在光子晶體中加液晶設(shè)計(jì)了可調(diào)MZ干涉儀，系統(tǒng)研究了它們的濾波特性，透射峰隨著液晶的有效折射率／Serf增加而向低頻移動(dòng)，最大透射峰調(diào)節(jié)范圍大于相鄰?fù)干浞彘g距。此干涉儀可用于可調(diào)式的波分解復(fù)用器或interleaver。，5．設(shè)計(jì)了基于自準(zhǔn)直干涉效應(yīng)的兩種類型光子晶體(
4、介質(zhì)圓柱和空氣圓孑L)Michclson干涉儀并系統(tǒng)分析了其濾波特性。透射峰隨兩干涉臂的光程福建師范大學(xué)碩士學(xué)位論文差增加而向低頻移動(dòng)，當(dāng)一系列等頻率間隔的自準(zhǔn)直光束同時(shí)入射進(jìn)被Michelson干涉儀分成從兩個(gè)出口出射的兩組光束，出射光束的頻率間隔變?yōu)槿肷鋾r(shí)的兩倍。本文的創(chuàng)新點(diǎn)：利用光子晶體特有的自準(zhǔn)直現(xiàn)象以及自準(zhǔn)直光束之間的干涉效應(yīng)，首次提出并設(shè)計(jì)了光子晶體自準(zhǔn)直非對(duì)稱式、折疊式和可調(diào)式Mach．Zehnder干涉儀濾波器以及Michelson干涉儀濾波器，這幾種新型的干涉儀濾波器工作波長(zhǎng)范圍較大、制
5、造簡(jiǎn)單、尺寸可小至幾十個(gè)工作波長(zhǎng)，因此可以用在未來(lái)的光子芯片當(dāng)中。關(guān)鍵詞：光子晶體自準(zhǔn)直干涉濾波器集成光路lI中文文摘光子晶體自提出后就迅速的成為國(guó)際上的研究熱點(diǎn)。除了“光子帶隙”和“光子局域”兩個(gè)基本性質(zhì)外，它還具有多種操控電磁波傳播的特性，因此有著非常廣闊的應(yīng)用前景，特別是在光子集成、光電集成、光通訊等領(lǐng)域的應(yīng)用倍受人們關(guān)注。起初人們主要研究了光子晶體因其帶隙存在從而有效地抑制自發(fā)輻射或者制造缺陷形成光波導(dǎo)從而控制光傳播方向。最近，更多的研究重點(diǎn)落在了光子晶體允許帶的色散特征方向。由于光傳輸?shù)娜核俣群?/p>
6、能量傳輸方向是同一方向，因此如果能夠設(shè)計(jì)出合適的光子晶體結(jié)構(gòu)，就可以有效地控制光傳輸?shù)乃俣群头较颉；诠庾泳w特有的色散特向，光子晶體更多的性能和用途被不斷發(fā)現(xiàn)，比如可用作超透鏡、復(fù)用．解復(fù)用器或光波導(dǎo)等。本論文基于麻省理工學(xué)院開(kāi)發(fā)的免費(fèi)FDTD軟件包進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，圍繞光子晶體的色散特性，利用平面波展開(kāi)法和時(shí)域有限差分法提出設(shè)計(jì)和計(jì)算了幾種利用自準(zhǔn)直干涉效應(yīng)的新型二維光子晶體濾波器，在深入分析了設(shè)計(jì)和模擬結(jié)果的基礎(chǔ)上總結(jié)了這些器件各自的光學(xué)特性，探討了其在光通訊和光集成中的潛在應(yīng)用，為基于自準(zhǔn)直效應(yīng)的光子
7、集成芯片器件提供了新的設(shè)計(jì)思路和依據(jù)。本論文共分六個(gè)部分，其內(nèi)容如下第一章，綜合闡述了光子晶體的概念、主要特征、主要類型及主要應(yīng)用。第二章，介紹了本文所用到的研究光子晶體的兩種主要方法：平面波展開(kāi)法和時(shí)域有限差分法。通過(guò)平面波展開(kāi)法可以計(jì)算光子晶體的能帶結(jié)構(gòu)和等頻圖從而清楚地反映結(jié)構(gòu)的色散特性，從色散關(guān)系可以知道光子在光子晶體的傳播行為。通過(guò)時(shí)域有限差分法我們可以數(shù)值計(jì)算出電磁波在光子晶體內(nèi)傳播的時(shí)域演化過(guò)程。第三章，介紹了自準(zhǔn)直現(xiàn)象及其原理。設(shè)計(jì)分析了兩種基本類型的光子晶體(介質(zhì)圓柱和空氣圓孔)中的自準(zhǔn)
8、直光束的全反射器和分束器。全反射器有兩種構(gòu)成方式：利用光子晶體禁帶以及空氣邊界來(lái)全反射；分束器利用空氣溝或者利用線缺陷來(lái)完成。通過(guò)這些器件能夠靈活控制光束直角轉(zhuǎn)彎和1：1比率的分束。所設(shè)計(jì)的全反射和分束器為后面器件的設(shè)計(jì)提供了前提條件。第四章，設(shè)計(jì)了基于自準(zhǔn)直效應(yīng)的二維光子晶體自準(zhǔn)直Mach．Zehnder干涉儀、折疊式Mach．Zehnder干涉儀、可調(diào)式Mach．Zehnder干涉儀。當(dāng)一系列等頻率間隔的V福建師范大學(xué)碩十
