非線性光子晶體中絕對禁帶結(jié)構(gòu)及微腔耦合特性研究.pdf

1、近年來，隨著光通信的發(fā)展，打破光通信系統(tǒng)的“電子瓶頸”，實(shí)現(xiàn)全光信息交換處理已經(jīng)成為光通信領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。作為全光網(wǎng)絡(luò)中的核心器件的光緩存器，無疑就成為了人們研究的重中之重。但是，就現(xiàn)有的光器件而言，尚不能滿足全光通信需求。光子晶體的概念提出之后，與其他慢光材料相比其具有獨(dú)特的帶隙與慢光特性，且光子晶體波導(dǎo)慢光結(jié)構(gòu)結(jié)具有大帶寬、體積小、波導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)多樣化等特性，且便于與其他光器件集成，可用于慢光特性的人為調(diào)控，因此光子晶體使得光緩存技術(shù)

2、成為可能。
　　論文主要對非線性光子晶體中的禁帶結(jié)構(gòu)以及微腔耦合特性進(jìn)行了研究。設(shè)計(jì)了具有較大絕對禁帶的多階晶格嵌套非線性光子晶體結(jié)構(gòu)和具有較好慢光特性的非線性光子晶體耦合腔波導(dǎo)。論文主要的工作及創(chuàng)新點(diǎn)如下:
　　(1)分別研究了多種介電常數(shù)的介質(zhì)背景材料對正方形晶格以及六角形晶格的非線性光子晶體絕對禁帶的影響，并進(jìn)行了分析比較。研究發(fā)現(xiàn)，在材料幾何特性固定的情況下:正方形晶格結(jié)構(gòu)中隨著介質(zhì)背景材料介電常數(shù)的增大，TE模式的

3、相對禁帶不斷下移并與TM模式的相對禁帶相交形成絕對禁帶，之后隨著相背景材料介電常數(shù)的增大，絕對禁帶所處頻段不斷下降，絕對禁帶寬度則不斷增加;六角形晶格結(jié)構(gòu)中隨著介質(zhì)底材介電常數(shù)的增大，絕對禁帶所處頻段先上升后下降，絕對禁帶寬度則與介電常數(shù)呈正相關(guān)。
　　(2)設(shè)計(jì)了多階晶格嵌套的非線性光子晶體，以獲得更大的絕對禁帶寬度。在正方形晶格與六角形晶格的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了三種晶格嵌套方式并使格嵌套階數(shù)不斷增加，并對其產(chǎn)生的不同禁帶特征進(jìn)行了分

4、析比對。結(jié)果表明，與不采用晶格嵌套的光子晶體結(jié)構(gòu)相比:在正方形晶格中，嵌套型的非線性光子晶體隨著嵌套階數(shù)的增加能開辟更多的絕對禁帶，且絕對禁帶寬度也會隨之增加;在六角形晶格中，嵌套型的非線性光子晶體可以開辟更多的絕對禁帶，但是禁帶寬度不會明顯增加。
　　(3)構(gòu)造了單缺陷腔非線性光子晶體耦合微腔波導(dǎo)，并研究了微腔中心缺陷柱的半徑變化對耦合微腔波導(dǎo)慢光特性的影響。仿真結(jié)果表明:單缺陷腔波導(dǎo)慢光的群速度隨著微腔中心缺陷柱半徑的擴(kuò)大而增

5、大，群速度數(shù)量級維持在10-2c（c為真空光速）;擴(kuò)大微腔中心缺陷柱半徑對延遲時間Ts和微腔Q值的改善效果不明顯，其數(shù)量級分別基本保持在10-2和102;而擴(kuò)大微腔中心缺陷柱半徑卻可以有效增加歸一化延遲帶寬積(NDBP)值并可以使得波導(dǎo)的NDBP值保持在0.3以上，實(shí)現(xiàn)了較好的延遲帶寬特性。
　　(4)建立了雙缺陷腔非線性光子晶體耦合微腔波導(dǎo)模型，并研究了微腔中心缺陷柱的半徑變化對耦合微腔波導(dǎo)慢光特性的影響。仿真結(jié)果表明，隨著微腔