基于材料調(diào)節(jié)的光子晶體波導(dǎo)寬帶低色散特性研究.pdf

1、分類號(hào)：TN252密級(jí)：公開UDC：535學(xué)校代碼：11065碩士學(xué)位論文基于材料調(diào)節(jié)的光子晶體波導(dǎo)寬帶低色散特性研究夏錚指導(dǎo)教師李長紅副教授學(xué)科專業(yè)名稱信號(hào)與信息處理論文答辯日期2017年6月3日P.S.此封面最終定型后，要打印在學(xué)校統(tǒng)一的綠色紙上并膠裝，在打印社有模板，電子版拿過去他們就給搞定了。摘要通信技術(shù)的發(fā)展促使人們將目光轉(zhuǎn)向了更具優(yōu)勢的光網(wǎng)絡(luò)，但是目前的光網(wǎng)絡(luò)中依然保有大量的光電轉(zhuǎn)換器，網(wǎng)絡(luò)的速度受到了很大的限制，必須替換網(wǎng)

2、絡(luò)中的電子部分，才能充分利用光的帶寬優(yōu)勢。光緩存技術(shù)是實(shí)現(xiàn)光開關(guān)、光存儲(chǔ)器等光器件的技術(shù)前提，利用這些器件實(shí)現(xiàn)的全光交換和光路由，是組成全光網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)，基于光子晶體慢光波導(dǎo)技術(shù)實(shí)現(xiàn)光緩存器的設(shè)計(jì)是目前研究的熱點(diǎn)，其具有帶寬大、體積小、可集成、室溫運(yùn)行等顯著的優(yōu)勢?，F(xiàn)階段的研究中，設(shè)計(jì)出的慢光波導(dǎo)，被減慢的光速總伴隨著較大的群速度色散，群速度色散的存在會(huì)引起信號(hào)波形出現(xiàn)畸變，無法被正確讀取和識(shí)別。而使群速度色散降低的措施又會(huì)使帶寬連帶

3、著降低，而且在實(shí)際應(yīng)用中，還要求光子晶體光器件具備可重配置、開關(guān)控制、動(dòng)態(tài)可調(diào)等功能。所以對(duì)波導(dǎo)慢光特性的優(yōu)化和波導(dǎo)動(dòng)態(tài)可控方面的研究具有重要的意義。本論文對(duì)光子晶體慢光波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，研究了特定結(jié)構(gòu)慢光波導(dǎo)的禁帶特性和慢光特性。研究主要包含以下內(nèi)容：首先，介紹了光子晶體理論和能帶、禁帶等特性，分析了光子晶體的慢光原理和慢光性能參數(shù)，介紹光子晶體理論研究的幾種主要方法，如平面波展開法、時(shí)域有限差分法等，最后介紹了研究中使用的數(shù)值仿

4、真工具。第二，設(shè)計(jì)了一種六邊形環(huán)散射元二維光子晶體結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了一種圓形散射元二維光子晶體結(jié)構(gòu)。對(duì)兩種光子晶體的能帶、禁帶特性進(jìn)行了研究。分別選取了一種結(jié)構(gòu)參量和一種材料參量，通過調(diào)整參量的取值，研究光子晶體禁帶位置和寬度的變化情況。研究結(jié)果可用于光子晶體光器件的開關(guān)控制和調(diào)諧功能的實(shí)現(xiàn)。第三，在六邊形環(huán)散射元的光子晶體中引入線缺陷，設(shè)計(jì)慢光波導(dǎo)。對(duì)波導(dǎo)的慢光特性進(jìn)行仿真，通過調(diào)整環(huán)內(nèi)光流體折射率，確定能使慢光特性最優(yōu)化的折射率值，再通過

5、調(diào)整六邊形內(nèi)徑和光流體環(huán)的內(nèi)徑，進(jìn)一步優(yōu)化慢光特性，最后調(diào)整第一行孔的平移距離，擴(kuò)大了慢光的帶寬范圍，最終獲得了帶寬△n=92.9nm，群速度色散β2=4.86ps2mm的超大帶寬超小色散的慢光。最后，在圓形散射元的光子晶體中引入缺陷，形成慢光波導(dǎo)，研究調(diào)整孔半徑和孔折射率時(shí)，導(dǎo)模及慢光特性的變化規(guī)律。通過同時(shí)調(diào)整第一行孔的光流體折射率和第一行孔的半徑，對(duì)慢光性能進(jìn)行了優(yōu)化。在不同的折射率和半徑組合下，群折射率30到200的連續(xù)范圍上，