光子晶體表面波導與內波導的耦合特性研究.pdf

1、集成光學概念的提出已經將近半個世紀,但基于傳統(tǒng)光波導器件的尺寸較大和集成度低等問題一直制約著光子集成。光子晶體,自1987年被Yablonovitch和John同時提出這種周期性介電材料以來,其能夠調控光子運動的特性便開辟了一條新的方向來實現(xiàn)光子集成回路(PICs)。光子晶體的周期尺寸為微納數量級,其形成的光子晶體波導具有高效導光和尺寸微小等特性,可以實現(xiàn)超低損耗的光傳輸。作為構建PICs中重要元件的光子晶體波導,本論文從二維光子晶體平

2、板結構的外部和內部展開,結合該結構的表面模特征,研究光子晶體表面波導與內波導的光傳輸特性。
　　首先研究了基于正方晶格介質柱型光子晶體表面波導的表面模式及其光傳輸特性,利用時域有限差分法模擬了光子晶體表面波導上的光波傳輸行為。模擬結果表明,這種光子晶體表面可以實現(xiàn)高效的導光。同時通過研究比較相同結構內波導與外波導的光學特性,發(fā)現(xiàn)通過調整兩波導結構的細微參量即可以實現(xiàn)彼此間高效的模式匹配,從而能夠用來設計一款新型、高效、雙向和寬帶寬

3、的表面波導耦合器。
　　其次研究利用光子晶體表面錐形結構來優(yōu)化光子晶體表面波導與內波導的接口,從而同樣實現(xiàn)高效的光波耦合導入光子晶體內波導。通過討論和比較光子晶體表面波導與內波導兩者在光學模式、透射譜效率等方面的特性,研究改變波導結構中光波傳播路線上的介質柱半徑,以實現(xiàn)對其波導光學模式的調制,同時優(yōu)化錐形接口,有效抑制光波在耦合過程中的反射。模擬結果表明,光波導入耦合效率高,并且耦合邊界結構設計簡單。
　　最后基于相關的實驗

4、條件,實驗探索了光子晶體結構的制備和光學特性研究。采用納米球刻蝕技術,研究利用自組裝來形成大面積聚苯乙烯小球薄膜,然后將其作為掩膜鋪設在硅基片表面,結合等離子刻蝕刻蝕技術、熱蒸發(fā)技術、濕法腐蝕等方法,最后制成具有六方晶格結構的光子晶體。測試結構表明,該納米結構具有很好的周期性及其陷光效果。
　　論文通過結合光子晶體表面波導與內波導的特性來實現(xiàn)光波的高效耦合,同時探索了光子晶體結構的制造工藝,為實現(xiàn)具有新型優(yōu)越功能的光子學器件提供了