基于2維光子晶體的光波導(dǎo)器件設(shè)計(jì)與仿真【文獻(xiàn)綜述】

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)文獻(xiàn)綜述畢業(yè)設(shè)計(jì)文獻(xiàn)綜述通信工程通信工程基于基于2維光子晶體的光波導(dǎo)器件設(shè)計(jì)與仿真維光子晶體的光波導(dǎo)器件設(shè)計(jì)與仿真摘要：光子晶體具有優(yōu)異的光學(xué)性能，是當(dāng)前國際光學(xué)光傳輸及光學(xué)器件領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一。光子晶體的光波導(dǎo)器件由于它有體積小傳輸效率高等特點(diǎn)所以光子晶體成為光波導(dǎo)是集成光學(xué)重要的基礎(chǔ)性部件，它能將光波束在光波長量級尺寸的介質(zhì)中，長距離無輻射的傳輸。所以光子晶體的光波導(dǎo)器件使信息處理技術(shù)的“全光子化”和光子技術(shù)的“微型化”與

2、“集成化”。光子晶體的光波導(dǎo)器件也成為近些年來越來越受人們關(guān)注的研究領(lǐng)域。本文針對光子晶體仿真中涉及的背景、原理、涉及的算法技術(shù)做簡要說明。關(guān)鍵字：關(guān)鍵字：FDTD算法，光子禁帶算法，完全匹配，1、背景背景自從1864年英國科學(xué)家麥克斯韋預(yù)言了電磁波的存在1887年德國科學(xué)家赫茲用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在之后，人類對電磁波的研究已深入各個領(lǐng)域，應(yīng)用非常廣泛。例如無線電波傳輸、光纖通信和移動通信、雷達(dá)技術(shù)、微波、天線電磁成像等等。隨著電磁波

3、理論在光通信領(lǐng)域的不斷應(yīng)用及對光傳輸材料的不斷研究，光子晶體概念被提了出來。光子晶體是指具有光子帶隙（PhotonicBGap簡稱為PBG）特性的人造周期性電介質(zhì)結(jié)構(gòu)。自1987年Yablonovitch和John分別獨(dú)立提出光子晶體的概念以來，光子晶體的理論和實(shí)驗(yàn)研究以及相關(guān)應(yīng)用得到了迅速的發(fā)展。迄今為止，已有多種基于光子晶體的全新光子學(xué)器件被相繼提出，并且隨著半導(dǎo)體微加工技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，人們對這些器件開展了深入系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究。這些

4、光子晶體光學(xué)器件使信息處理技術(shù)的“全光子化”和光子技術(shù)的“微型化”與“集成化”。光子晶體成為光波導(dǎo)是集成光學(xué)重要的基礎(chǔ)性部件，它能將光波束在光波長量級尺寸的介質(zhì)中，長距離無輻射的傳輸。光子晶體波導(dǎo)是光子晶體研究中非常重要的一個方面，對于基于光子晶體的光集成、光通信及光傳感技術(shù)，光子晶體波導(dǎo)都是最基本的器件，也是開發(fā)和設(shè)計(jì)其他各種器件的基礎(chǔ)，由于三維光子晶體及波導(dǎo)的加工制作尚不成熟，對于光子晶體波導(dǎo)的研究主要集中二維光子晶體波導(dǎo)方面。平面

5、波導(dǎo)器件又稱為光子集成器件。其技術(shù)核心是采用集成光學(xué)工藝根據(jù)功能要求制成各種平面波導(dǎo)。目前主要的研究工作一方面是基于光子晶體波導(dǎo)的各種器件的設(shè)計(jì)制作，例如濾波器、分束器，耦合器以及波分復(fù)用器這些器件在尺寸上要比傳統(tǒng)集成光學(xué)器件小的多。另一方面是二維光子晶體波導(dǎo)用于慢光、光學(xué)非線性效應(yīng)及他們的應(yīng)用。二、二、FDTDFDTD算法算法(1)????01??????ttrBctrE(2)????01??????ttrDctrH(3)??0???

6、trB(4)??0???trD式中E是電場強(qiáng)度D是電位移矢量B是磁感應(yīng)強(qiáng)度c是磁場強(qiáng)度是真空光速。光子晶體的Bravais點(diǎn)陣的平移矢量R表示為??bhbhmlG2211??其中和是任意整數(shù)；，是倒格子基矢它們與點(diǎn)陣基矢具有關(guān)系周期性h1h2b1b2??ijjiba2??的相對介電常數(shù)可表示為；R為晶格常數(shù)。本例是在在二維TE偏振下的兩種算法的????Rrr????差異在TE模偏振下，有Maxwell方程組可得到分量的本征方程為：Hz（

7、5）????01122???????????????????????????HcHHzzzyryxrx???用波矢為倒格矢G的平面波、展開成級數(shù)形式，再進(jìn)行適當(dāng)?shù)目臻g積分和代換??r?1????rHz可以得到（5）的矩陣形式：???????????22GkAGkAGGkGkGkc???????（6）式中是磁場強(qiáng)度z方向分量的Fourier系數(shù)；是周期分布的的??GkA)(?rHz??Gk???r?1?Fourier系數(shù)。這個波矢在不同波