光子晶體波導(dǎo)輸出光分束與準(zhǔn)直新結(jié)構(gòu)設(shè)計及特性研究.pdf

1、基于光子晶體的禁帶特性和自準(zhǔn)直效應(yīng)開發(fā)的光子晶體線缺陷波導(dǎo)和自準(zhǔn)直波導(dǎo),在光子晶體研究領(lǐng)域中占有非常重要的地位。對于基于光子晶體器件的光集成,光通信以及光傳感技術(shù),光子晶體波導(dǎo)都是最基本的器件,也是設(shè)計其它各種光子晶體器件的基礎(chǔ)。在實際應(yīng)用中,為了更好的把光子晶體波導(dǎo)器件同其它多個光學(xué)器件或一個光學(xué)器件進(jìn)行耦合,需要對波導(dǎo)輸出光進(jìn)行分束或準(zhǔn)直。因此,如何實現(xiàn)光子晶體波導(dǎo)輸出光的分束或準(zhǔn)直,是光子晶體器件開發(fā)時的一個重要研究方向。本論文把

2、光子晶體線缺陷波導(dǎo)與自準(zhǔn)直波導(dǎo)作為研究對象,通過數(shù)值模擬與理論分析相結(jié)合的方法,探索對輸出光進(jìn)行分束和準(zhǔn)直的方法。
　　采用平面波展開法結(jié)合超原胞技術(shù),數(shù)值研究了光子晶體-空氣界面以及光子晶體-光子晶體界面的表面模色散關(guān)系,得到了光子晶體-空氣界面非耦合表面模特性隨表面修飾介質(zhì)柱半徑的變化規(guī)律,以及光子晶體-光子晶體界面耦合表面模特性隨表面修飾層之間的距離和表面修飾介質(zhì)柱半徑的變化規(guī)律。研究結(jié)果為本文中表面結(jié)構(gòu)的設(shè)計奠定了基礎(chǔ)。<

3、br>　　利用修飾光子晶體輸出表面與引入點(diǎn)缺陷相結(jié)合的方法,設(shè)計出了一種新型的光子晶體線缺陷波導(dǎo)輸出光分束結(jié)構(gòu)。通過數(shù)值模擬與理論分析相結(jié)合的方法對修飾輸出表面與引入點(diǎn)缺陷的作用進(jìn)行了分析。在此基礎(chǔ)上，利用時域有限差分法數(shù)值模擬了所設(shè)計分束結(jié)構(gòu)的輸出場特性,并研究了輸出空間中光束的數(shù)量隨著點(diǎn)缺陷位置的變化規(guī)律。研究結(jié)果表明,當(dāng)點(diǎn)缺陷之間的距離為晶格周期的2n倍時,在輸出空間中出現(xiàn)n束光。利用相干點(diǎn)光源之間的干涉原理對數(shù)值研究的結(jié)果進(jìn)行了

4、很好的解釋。此外,還進(jìn)一步研究了輸出表面上被修飾的介質(zhì)柱個數(shù)對輸出光強(qiáng)度和強(qiáng)度比的影響;研究了次輸出表面層上兩個額外的點(diǎn)缺陷對輸出各光束的增強(qiáng)特性。
　　利用分支波導(dǎo)與附加修飾相結(jié)合的新方法,實現(xiàn)了光子晶體線缺陷波導(dǎo)輸出光的分束。利用時域有限差分法對分束現(xiàn)象進(jìn)行了模擬,并用干涉原理對模擬結(jié)果進(jìn)行了很好的解釋。通過在光子晶體中設(shè)計雙分支波導(dǎo)結(jié)構(gòu),實現(xiàn)了輸出光的1到 N(奇數(shù))分束。系統(tǒng)地研究了N的大小隨雙分支間距與入射光波長之比的變

5、化規(guī)律,并分析了只能實現(xiàn)奇數(shù)條分束的原因。通過在雙分支波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的一個分支中引入附加修飾的方法,實現(xiàn)了輸出光的1到 M(偶數(shù))分束,對引入附加修飾的作用進(jìn)行了理論分析。為了說明設(shè)計方法的靈活性,又進(jìn)一步對具有附加修飾的三分支波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的輸出場分束特性進(jìn)行了研究。
　　通過激發(fā)光子晶體-空氣表面波、光子晶體-光子晶體表面波相結(jié)合的方法,設(shè)計出了一種由表面修飾光子晶體組成的新型復(fù)合結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)對不同頻率的入射光,能夠?qū)崿F(xiàn)光束的T型、Y型和

6、L型傳輸。光束T型和L型傳輸時,輸出光是在光子晶體表面上傳播的?；谠撛O(shè)計方法,能夠制作出比傳統(tǒng)的T型和L型波導(dǎo)面積更小的光子晶體表面波波導(dǎo)。用平面波展開法對該新型復(fù)合結(jié)構(gòu)的色散關(guān)系進(jìn)行了研究,得到了復(fù)合結(jié)構(gòu)實現(xiàn)光束的T型、Y型和L型傳輸時的頻率范圍。用時域有限差分法模擬了光束的T型、Y型和L型傳輸現(xiàn)象,通過對結(jié)果分析得到了輸出光強(qiáng)度的變化規(guī)律。
　　提出在光子晶體自準(zhǔn)直波導(dǎo)后引入雙層介質(zhì)柱的新方法,實現(xiàn)了自準(zhǔn)直波導(dǎo)輸出光的準(zhǔn)直傳