二維光子晶體帶隙結構及色散特性研究.pdf

1、光子晶體是近十幾年來發(fā)展起來的一種新興人工材料，已經成為國內外研究熱點之一。光子晶體最基本的特征就是具有光子帶隙(photonic band gap，簡稱PBG)，它提供了一種全新的控制光流的機理，因此在光通訊和光集成等領域有著廣闊的應用前景。光了晶體光纖是近年來出現的一種新型光纖，它能夠呈現出許多傳統光纖不具備的特性，其中之一就是在可見光和近紅外波段能夠呈現近零平坦色散，具有這種色散特性的光子晶體光纖有著極大的應用前景。 本論

2、文運用平面波法和有限時域差分法，從理論上對二維光子晶體的帶隙及光子晶體光纖的色散特性進行了研究。主要做了以下幾個方面的理論研究工作： 第一章，介紹了光子晶體的概念、特性及其應用研究現狀。詳細闡述了光子晶體光纖的概念、分類、導光機理和光子晶體光纖的色散特性。 第二章，采用平面波法，討論了三角形和正方形結構空芯PBG光子晶體光纖帶隙的分布特性。得出空芯PBG光子晶體光纖實現空氣導光的條件，要實現空氣導光，包層空氣孔直徑與包層

3、空氣孔間距的比值d/Λ必須大于某一特定值。分析了在三角形結構空芯PBG光子晶體光纖的包層孔中充入介質對帶隙分布的影響。數值計算結果表明：帶隙寬度隨著d/Λ的增大而變寬；隨著包層孔中填充的介質的相對介電常數的增大，帶隙寬度減小。在給定的歸一化傳播常數的條件下，填充率存在一個最佳值，使帶隙寬度最大。 第三章，將光子晶體光纖的總色散分為波導色散和材料色散兩部分分別計算，通過調節(jié)纖芯小空氣孔和第一層空氣孔的直徑，可以設計在1350nm～

4、2010nm波長范圍內近零的平坦色散光子晶體光纖，其色散變化ΔD<0.5ps/(km·nm)。 第四章，采用平面波法，討論空氣柱截面為圓形和六邊形兩種情況三角形結構二維光子晶體的帶隙結構。結果表明：空氣柱橫截面的形狀也是影響帶隙位置、寬度的一個因素，包層空氣孔直徑與包層空氣孔間距的比值d/Λ相同，橫截面的形狀不同，其帶隙的位置、寬度也不同。為了獲得大的完全帶隙，可以通過降低格子對稱性解除簡并來實現，格子對稱性的降低一般可以通過在

5、晶體的原胞內引入不同半徑的柱子的方法實現。設計了一種二維旋轉復式晶格光子晶體，利用平面波法計算其帶隙結構。結果表明，通過優(yōu)化參量，該結構具有較大的完全光子禁帶。 第五章，設計了一種復式二維光子晶體，結果表明：這種復式二維光子晶體的帶隙寬度就是兩種光子晶體帶隙的疊加結果，從而擴展了禁帶寬度。設計了一種新的二維光子晶體的缺陷結構，采用時域有限差分方法(FDTD)，研究了光在含點缺陷和線缺陷的二維光子晶體中的傳輸特性。以該結構為基礎，