光子晶體能帶與缺陷結(jié)構(gòu)光子器件研究.pdf

1、光子晶體是由不同介電常數(shù)材料呈周期性分布的人工微納結(jié)構(gòu)。它具有獨(dú)特的控制光子的能力，不僅出現(xiàn)了許多新奇的物理現(xiàn)象，如負(fù)折射、自準(zhǔn)直、慢光效應(yīng)，還可以設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)光子晶體光纖、波分復(fù)用器、光開(kāi)關(guān)、模式轉(zhuǎn)換器、功率分配器、激光器等光子器件。在本論文中，我們深入挖掘光子晶體能帶和缺陷結(jié)構(gòu)的獨(dú)特性質(zhì)，并探究了光子晶體缺陷結(jié)構(gòu)在光子器件方面的若干應(yīng)用。
　　首先，我們采用平面波展開(kāi)法，系統(tǒng)研究了銅幣形空氣孔二維三角晶格光子晶體的完全帶隙隨結(jié)構(gòu)參

2、數(shù)變化而改變的規(guī)律。研究表明:銅幣形散射子結(jié)合了兩種類(lèi)型的光子晶體（空氣孔型和介質(zhì)柱型）有利于獲得更寬的完全帶隙，該光子晶體大完全帶隙對(duì)制備工藝上可能引起的材料摻雜和空氣孔半徑的偏離具有一定的穩(wěn)定性。通過(guò)對(duì)參數(shù)的分組優(yōu)化，發(fā)現(xiàn)在ε=22.75，R=0.483 um，d=0.195 um，ψ=90°，G=1.3時(shí)，完全帶隙的寬度獲得最大值0.1361（△ωa/2πc），帶隙率為33.55％。
　　接下來(lái)，我們研究了三端口光子晶體濾波

3、器需要滿足的品質(zhì)因子比值條件和相位條件，以及提高品質(zhì)因子特性的幾種方法，設(shè)計(jì)了兩款高性能的光子晶體濾波器。
　　在前文三端口濾波器研究的基礎(chǔ)上，我們利用二維正方晶格介質(zhì)柱型光子晶體(PC)，設(shè)計(jì)了一款新穎的多信道下路濾波器，該濾波器主要由四個(gè)線性漸變型微腔和異質(zhì)結(jié)構(gòu)光子晶體反射器組成。利用平面波展開(kāi)法(PWE)以及二維時(shí)域有限差分法(2D-FDTD)，分析了該異質(zhì)結(jié)構(gòu)濾波器的工作機(jī)制，并進(jìn)一步探究了微腔參考面與異質(zhì)結(jié)界面之間距離d

4、對(duì)下路效率的影響。研究表明，該異質(zhì)結(jié)反射器可以實(shí)現(xiàn)接近100％的反射，大幅度地提高了三端口濾波器的濾波效率。所設(shè)計(jì)的多信道濾波器各個(gè)通道都能有效地實(shí)現(xiàn)下路濾波功能，信道間隔10 nm，濾波效率都在90％以上，透射譜半高寬都在0.54 nm以下，達(dá)到較高的品質(zhì)因子特性。該濾波器尺寸大小只有15.15μm×13.91μm，且濾波效率高，對(duì)未來(lái)光路集成具有好的應(yīng)用前景。
　　我們還研究了光子晶體的偏振無(wú)關(guān)波導(dǎo)，證實(shí)了在三角晶格空氣孔光子