本文選題：光子晶體 + 單向傳輸　； 參考：《太原理工大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：近年來,隨著通信技術(shù)的發(fā)展,人們對(duì)通信的要求越來越高,在光通信系統(tǒng)中,光信號(hào)的順利傳輸已經(jīng)成為了研究的焦點(diǎn)。光在從一端向另一端傳輸?shù)倪^程中,如果發(fā)生散射或反射,影響輸入端的信號(hào),就會(huì)對(duì)整個(gè)傳輸效果產(chǎn)生影響,因此有必要研究光在光路中的單向傳輸問題。目前實(shí)現(xiàn)光波單向傳輸?shù)姆绞接泻芏喾N,研究中采用較多的主要有利用法拉第磁光效應(yīng)、在光子晶體結(jié)構(gòu)中添加非線性材料、引入缺陷打破結(jié)構(gòu)的空間或時(shí)間反演對(duì)稱性等方法。但是這些方法在實(shí)際應(yīng)用過程中都存在一定的缺陷,利用法拉第磁光效應(yīng)時(shí)需要在結(jié)構(gòu)外添加磁場(chǎng)以實(shí)現(xiàn)旋光;結(jié)構(gòu)中添加非線性材料時(shí),對(duì)入射光功率的要求較高,很難實(shí)現(xiàn);打破結(jié)構(gòu)空間或時(shí)間反演對(duì)稱性的方法實(shí)現(xiàn)的光波正向透射率較低,單向傳輸效果不夠好。在后來的研究中,研究人員又通過具有不同能帶特性(一側(cè)禁帶,另一側(cè)導(dǎo)帶)的異質(zhì)結(jié)構(gòu)之間的能帶失配來實(shí)現(xiàn)光波的單向傳輸。但是這種方法不僅對(duì)結(jié)構(gòu)中光子晶體的能帶有要求,還必須調(diào)整界面處的晶格排布,才可能實(shí)現(xiàn)單向傳輸。而通常情況下準(zhǔn)確的晶格排布較難尋找,因此該方法的使用受到限制。本文設(shè)計(jì)了具有全反射傾斜界面的異質(zhì)結(jié)構(gòu),只要結(jié)構(gòu)的材料合適、界面的傾斜角度合適,就可以實(shí)現(xiàn)光波在TE模式、TM模式下的單向傳輸。在此異質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上分別添加光子晶體波導(dǎo),使光波沿著光子晶體波導(dǎo)進(jìn)行傳輸,從而減少光在均勻介質(zhì)中的反射和散射,提高光波單向傳輸效率。主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下:1.用二氧化硅(SiO_2)和鍺(Ge)設(shè)計(jì)了一種可以實(shí)現(xiàn)光波單向傳輸?shù)幕A(chǔ)異質(zhì)結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)全反射的入射角臨界角為20.47°,在滿足全反射條件下選擇界面與水平方向的夾角為60°。該基礎(chǔ)異質(zhì)結(jié)構(gòu)在雙偏振模式光在波長1000~2000nm波長范圍內(nèi)透射對(duì)比度接近于1,TE偏振模式光正向透射率達(dá)到0.66,TM偏振模式光正向透射率達(dá)到0.74。2.TE模式下,在基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)左側(cè)SiO_2背景中添加光子晶體波導(dǎo),其中光子晶體具有完全禁帶,介質(zhì)柱為Ge,得到異質(zhì)結(jié)構(gòu)一。該結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了在1000~2000nm波長范圍內(nèi)正向透射率基本高于0.7,透射對(duì)比度接近于1的單向傳輸。在異質(zhì)結(jié)構(gòu)一右側(cè)Ge背景中也添加光子晶體波導(dǎo),其中光子晶體具有完全光子禁帶,介質(zhì)柱為SiO_2,得到異質(zhì)結(jié)構(gòu)二。該結(jié)構(gòu)正向透射率在完全禁帶的波長范圍內(nèi)進(jìn)一步提高,但是反向透射率也相應(yīng)有所增加,導(dǎo)致透射對(duì)比度降低。分別改變TE模式下異質(zhì)結(jié)構(gòu)二左、右兩側(cè)背景下光子晶體波導(dǎo)的寬度d1E和d2E,對(duì)單向傳輸特性進(jìn)行分析。當(dāng)d1E增大時(shí),反向透射率會(huì)逐漸升高,影響單向傳輸效果。當(dāng)d2E增大時(shí),正向透射率逐漸增大,反向透射率降低明顯,透射對(duì)比度逐漸升高并趨于平穩(wěn)。3.TM模式下,在基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)左側(cè)SiO_2背景中添加光子晶體波導(dǎo)一,其中光子晶體具有方向帶隙,介質(zhì)柱為Ge,得到異質(zhì)結(jié)構(gòu)零;將其中的光子晶體替換為具有完全禁帶的光子晶體,即添加光子晶體波導(dǎo)二,得到異質(zhì)結(jié)構(gòu)一;在異質(zhì)結(jié)構(gòu)一右側(cè)Ge背景中也添加光子晶體波導(dǎo)二,其中光子晶體具有完全帶隙,介質(zhì)柱為SiO_2,得到異質(zhì)結(jié)構(gòu)二。分別分析這三種結(jié)構(gòu)的光波單向傳輸特性,正向透射率逐漸升高,異質(zhì)結(jié)構(gòu)二中正向透射率在1480~1680nm波長范圍內(nèi)基本高于0.9。分別改變TM模式下異質(zhì)結(jié)構(gòu)二左、右兩側(cè)光子晶體波導(dǎo)寬度d_(1M)和d_(2M),對(duì)單向傳輸特性進(jìn)行分析。當(dāng)d_(1M)逐漸增加時(shí),正向透射率會(huì)逐漸下降;當(dāng)d_(2M)逐漸增大時(shí),正向透射率增大并更加平穩(wěn)。4.在TE、TM模式下分別選用新材料組成可以實(shí)現(xiàn)全反射的結(jié)構(gòu),并添加光子晶體波導(dǎo),對(duì)其單向傳輸特性進(jìn)行研究。TE模式下,利用空氣(Air)和二氧化硅(SiO_2)作為背景,在兩個(gè)背景中分別放置不同參數(shù)的Ge介質(zhì)柱,形成光子晶體波導(dǎo)。調(diào)整左側(cè)接收波導(dǎo)的位置,實(shí)現(xiàn)了在波長1392~1723nm范圍內(nèi)正向透射率接近于0.98,透射對(duì)比度高于0.9的單向傳輸。TM模式下,利用砷化鎵(GaAs)和鍺(Ge)作為背景,在兩側(cè)背景材料上打空氣孔形成三角晶格光子晶體波導(dǎo),通過調(diào)整左側(cè)接收波導(dǎo)的位置,實(shí)現(xiàn)了1000~2000nm波長范圍內(nèi)正向透射率基本高于0.95,透射對(duì)比度高于0.82的光波單向傳輸。
[Abstract]:In recent years , with the development of communication technology , the demand for communication is becoming more and more high . In the optical communication system , the smooth transmission of optical signal has become the focus of the research . In this paper , the photonic crystal waveguide 1 is added to the left and right sides of the base structure in the mode of TE and TM .

【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：O734

【參考文獻(xiàn)】

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1 徐少輝,丁訓(xùn)民,資劍,侯曉遠(yuǎn);電子體系與光子體系[J];物理;2002年09期

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本文編號(hào)：1759416