發(fā)布時間：2018-04-12 18:52

  本文選題：光子晶體 + 全反射異質(zhì)界面��； 參考：《太原理工大學》2017年碩士論文

【摘要】：在光學光路中,光波經(jīng)過光學器件時由于器件表面的反射作用而發(fā)生部分光反向傳播,干擾了有源器件的性能,因此為了降低反向傳輸光造成的影響,在光學器件中構建全光二極管必不可少。由于光子晶體中光子的快速運動可以被有效地控制,而利用光子代替電子傳輸大容量信息已成為科技發(fā)展的現(xiàn)實要求,因此可以用光子晶體來設計微納尺度下的全光二極管,使得光波可以單向高效傳輸�；�于磁光子晶體的全光二極管雖然滿足了光波傳輸高透射對比度的要求,但需要引入外加磁場來產(chǎn)生旋光效應,不利于全光集成。而利用非線性材料構建光子晶體光二極管,能實現(xiàn)較高的正向透射率和透射比,但是這種方法需要很高的光強以產(chǎn)生足夠大的光學非線性效應。利用光子晶體的方向能帶失配也能實現(xiàn)光波的單向傳輸,但是由于光子晶體的散射效應,正向透射率和對比度都還太低,不能滿足光通信和光信息處理的需求。以上這三種方法都不利于集成光路的應用。我們發(fā)現(xiàn)將全反射界面應用到光子晶體異質(zhì)結(jié)構中,可以使得反向入射光在界面發(fā)生全反射,從而降低反向透射率,因此在本文中,基于全反射異質(zhì)界面,通過構建光子晶體異質(zhì)結(jié)構來拓寬光波的單向傳輸范圍,提高其透射對比度,并對其能帶結(jié)構和等頻圖展開分析,研究內(nèi)容和成果如下:1)選用全反射異質(zhì)界面,觀察了光波傳輸?shù)耐干渥V及電場圖,發(fā)現(xiàn)正向入射光波在界面處存在反射,且透射光由于折射會偏離原入射方向輸出;而反向入射時光波在界面處由于全反射效應幾乎零透射,但此結(jié)構正向透射率很低。為提高正向透射率,在界面左側(cè)構建二維介質(zhì)柱型光子晶體PC1以減少界面反射,提高了界面透射;在界面右側(cè)構建二維介質(zhì)柱型光子晶體PC2,利用其準直效應將光波準直到與原入射光方向平行,從而提高光波的正向透射率,得到了單向傳輸性能較好的光子晶體異質(zhì)結(jié)構。2)在二維光子晶體結(jié)構中,偏振態(tài)不同的光波傳輸效果也不同。由于高折射率柱子周期排列在低折射率介質(zhì)中便于TM偏振態(tài)光波控制;低折射率柱子周期排列在高折射率介質(zhì)中便于TE偏振態(tài)光波控制。為了得到性能較好的偏振無關光波單向傳輸,我們將兩種四角晶格光子晶體PC1和PC2結(jié)合組成新的光子晶體異質(zhì)結(jié)構,基于全反射界面和光子晶體自準直效應,通過對其結(jié)構周期和光波輸出波導寬度進行優(yōu)化,得到了TM模式下,在1423.81nm-1920nm波段范圍內(nèi)近500nm寬的高性能光波單向傳輸,最高正向透射率可達0.87,光通信波段中心1550nm處正向透射率可達0.834,透射對比度近乎為1。TE模式下,在1447.94nm-2000nm波長范圍內(nèi)近550nm寬的光波單向傳輸,最高正向透射率可達0.754,光通信波段中心1550nm處正向透射率可達0.678,透射對比度近乎為1。實現(xiàn)了偏振無關的光通信1550nm波段透射對比度近乎為1的高性能光波單向傳輸,但TE模式下1550nm的正向透射率還不夠高,其單向性能還有待提高。3)而在光子晶體結(jié)構中,介質(zhì)中打空氣孔便于TE偏振態(tài)光波控制,因此為了提高TE模式的傳輸性能,我們設計了基于全反射界面和自準直效應的二維空氣孔型四角晶格光子晶體異質(zhì)結(jié)構,并對空氣孔半徑、異質(zhì)界面與相鄰空氣孔之間距離和輸出波導寬度對光波單向傳輸性能的影響進行了分析,優(yōu)化后得到的光子晶體異質(zhì)結(jié)構可實現(xiàn)0.75的正向透射率,透射對比度近乎為1,正向透射帶寬約260nm,單向傳輸帶寬為600nm,使得TE模式下光通信波段1550nm附近的光波單向傳輸效果得到了極大地提升。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：太原理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：O734

【參考文獻】

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2 盧瑾;任宏亮;郭淑琴;顧東袁;溫浩;覃亞麗;周守利;胡衛(wèi)生;姜淳;;Ultra-wideband optical diode based on photonic crystal 90° bend and directional coupler[J];Chinese Optics Letters;2014年10期

3 程立鋒;任承;王萍;馮帥;;基于異質(zhì)結(jié)界面優(yōu)化的光子晶體二極管單向傳輸特性研究[J];物理學報;2014年15期

4 李志遠;甘霖;;二維硅基平板光子晶體器件[J];光學學報;2011年09期

5 郭勇;李一玫;黃亮;;一種新型光子晶體結(jié)構的微帶天線[J];微波學報;2006年06期

6 徐少輝,丁訓民,資劍,侯曉遠;電子體系與光子體系[J];物理;2002年09期

7 池灝,曾慶濟,姜淳;光子晶體光纖的原理、應用和研究進展[J];光電子·激光;2002年05期

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本文編號：1740988