資源描述：
《基于二維光子晶體自準(zhǔn)直效應(yīng)的定向發(fā)射和全光邏輯器件》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫(kù)。
1、知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)聲明本人鄭重聲明：我所提交答辯的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下完成的成果，該成果屬于中山大學(xué)物理科學(xué)與工程技術(shù)學(xué)院，受國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)法保護(hù)。在學(xué)期間與畢業(yè)后以任何形式公開(kāi)發(fā)表論文或申請(qǐng)專利，均須由導(dǎo)師作為通訊聯(lián)系人，未經(jīng)導(dǎo)師的書面許可，本人不得以任何方式，以任何其它單位做全部和局部署名公布學(xué)位論文成果。本人完全意識(shí)到本聲明的法律責(zé)任由本人承擔(dān)。學(xué)位論文作者簽名：功障屈日期：蒯年6月弓日第一章引言從真空管到超大規(guī)模集成電路，人類跨出了巨大的一步。半個(gè)世紀(jì)以來(lái)，電子器件的迅猛發(fā)展使其影響著我們生活的
2、方方面面，它尤其促進(jìn)了通訊和計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。然而，由于進(jìn)一步微型化所導(dǎo)致的電路阻抗和能量損耗的加大，使得進(jìn)一步地提高集成電路的運(yùn)作速度成為一種挑戰(zhàn)。由于電子器件是基于電子在物質(zhì)中的運(yùn)動(dòng)，在納米區(qū)域內(nèi)，量子和熱的波動(dòng)使它的運(yùn)作變得不可靠了，這些使得電子器件的能力已接近其工作極限。光子是一種以光速運(yùn)動(dòng)的粒子，與電子相比，光子受到的相互作用遠(yuǎn)小于電子，這使得以光子為載體的光子器件有比電子器件有高得多的運(yùn)行速度。光子在電介質(zhì)中傳播每秒可以攜帶更多的信息，其傳輸帶寬遠(yuǎn)大于金屬導(dǎo)線。因而人們把目光投向了光子，提出
3、了用光子作為信息裁體代替電子的設(shè)想。類似于電子產(chǎn)業(yè)中的半導(dǎo)體材料，光子產(chǎn)業(yè)中也存在著一種基礎(chǔ)材料一光子晶體(photoniccrystal)。光子晶體是具有周期性折射率變化的人工材料，其概念在1987年由S．JolIn和E．YablonovitCh分別獨(dú)立提出【1，21。自其概念被提出后，在最近的幾十年里，光子晶體得到了迅猛的發(fā)展。光子晶體以高低折射率材料的空間周期排列不同而分為一維，二維和三維光子晶體。在這些光子晶體類別中，二維光子晶體以其設(shè)計(jì)靈活、制作工藝相對(duì)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，而使得基于二維光子晶體的器件
4、在集成光路中應(yīng)用的研究受到更廣泛的關(guān)注。定向發(fā)射器和全光邏輯器件是集成光路中的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，在集成光路中起到重要的作用。他們可以作為光交叉連接設(shè)備使用。而光交叉連接設(shè)備是未來(lái)高性能寬帶信息自動(dòng)交換光I網(wǎng)絡(luò)(automaticallyswitchedopticalne倆ork，ASON)的核心硬件設(shè)備，前者可為后者提供交換平臺(tái)。因而對(duì)定向發(fā)射器和全光邏輯器件的研究具有很高的學(xué)術(shù)價(jià)值和應(yīng)用價(jià)值。1．1二維光子晶體定向發(fā)射器的研究現(xiàn)狀光通過(guò)單個(gè)孔徑(apenure)的現(xiàn)象，根據(jù)一般的衍射理論(di倚actiont
5、heory)，科學(xué)工作者們已經(jīng)研究了幾個(gè)世紀(jì)。光在通過(guò)比波長(zhǎng)還小的孔徑后，會(huì)朝中山大學(xué)碩士學(xué)位論文基于二維光子晶體白準(zhǔn)直效應(yīng)的定向發(fā)射和全光邏輯器件各個(gè)方向發(fā)散開(kāi)來(lái)，如圖1—1所示，而且透射率(transmissionfactor)很低。圖1—1單孔徑衍射示意圖。出于技術(shù)上的目的，當(dāng)我們需要在亞波長(zhǎng)的線度內(nèi)操縱光時(shí)，光的透射和衍射特性是必須考慮的兩個(gè)基本制約因數(shù)。最理想的情況是，我們不但可以得到高的透射率，而且透射光還具有很高的方向性(direction)。然而，由于前面所提到的兩個(gè)因素相互制約，同時(shí)得
6、到高的透射率和方向性是極具挑戰(zhàn)性的一個(gè)課題，這也是科學(xué)工作者們一直追求的目標(biāo)。近來(lái)，H．J．kzec等人提出了一種亞波長(zhǎng)尺寸的孔徑結(jié)構(gòu)，光在通過(guò)這個(gè)亞波長(zhǎng)尺度的孔徑后，同時(shí)具有很高的方向性和透射率【3l。他們的研究成果發(fā)表在2002年的Science雜志上。他們?cè)诳讖降墓廨斎牒洼敵龆司兩辖饘俦∧ぃ⒃阪軱徑周圍的金屬薄膜上制作出一系列的以孔徑為中心的同心圓環(huán)狀(孔)或平行皺褶狀(徑)的溝槽。這樣的結(jié)構(gòu)可使光籍由表面等離子體波(surfaceplasmon)耦合進(jìn)和耦合出孔徑。入射光通過(guò)表面等離子體波耦
7、合進(jìn)孔徑而提高耦合效率(透射率)。通過(guò)表面等離子波耦合出孔徑的那些光波產(chǎn)生一系列的惠更斯子波(Huygensemitter)。在一定的條件下，這些子波相互干涉，只剩下從正自仃方(或某個(gè)方向)散射H{去的光，從而形成一道很窄的光束從孑L徑射出，即定向發(fā)射(directionalemission)，如圖1．2所示。第一章引言圖1—2(a)孑L的聚焦離子束圖。(b)在樣品a的上方拍攝的光學(xué)圖像。(c)結(jié)構(gòu)與光路示意圖。(d)狹縫的聚焦離子束圖。(e)在樣品d上方拍攝的光學(xué)圖像。H．J．Lezec等人的研究成果
8、具有很大的潛在應(yīng)用價(jià)值。它可用于光通信器件與光纖之間的耦合，也可用于優(yōu)化提高顯微或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等近場(chǎng)工作器件的性能，還可用于減少發(fā)光器件(如發(fā)光二極管，半導(dǎo)體激光器等)出射光的發(fā)散角?？偠灾?，這種結(jié)構(gòu)使得光的傳播特性突破了亞波氏的條件限制，使得光子集成，需；矮麥擎噱薤一繁荔綴添攀箋霪瀚綴纛．鬣溺鍪㈣中山大學(xué)碩十學(xué)位論文基丁二維光子晶體白準(zhǔn)直效應(yīng)的定向發(fā)射和全光邏輯器件光通訊器件的微型化更容易實(shí)現(xiàn)。(c)圖1—3不同光子品體波導(dǎo)端面激發(fā)的出射場(chǎng)
