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光子晶体波导慢光动态控制特性研究

张宁  
【摘要】: 随着光纤通信网传输速率的不断提高和飞速发展,电子器件的速率瓶颈越来越制约着光网络的发展。全光网络是下一代网络的发展方向。但其关键部件全光缓存器尚没有实用的技术途径。因此,慢光技术是发展光缓存的解决途径之一。光子晶体波导慢光技术相比传统慢光技术所具有的优势是:能在常温下产生慢光,不需要特殊的材料,几乎可以在任意频率下产生慢光和动态地控制慢光速度。 本文围绕光子晶体波导慢光的主要特性以及光子晶体禁带极限展开研究。主要完成的工作和成果如下: (1)设计了群速度色散的计算方法。通过群速度计算方法计算出光子晶体缺陷模式的群速度色散。比较缺陷模式频率变化前后的群速度色散,光子晶体禁带缺陷模式频率的变化引起群速度色散的变化。 (2)推导出慢光光速是由缺陷模式的频率决定的规律。通过控制光子晶体慢光的两个反例:移动光子晶体线缺陷缺陷、动态调节两种介质的折射率,这两个方法都不能使缺陷模式慢光光速发生变化。从而得出慢光光速是由缺陷模式的频率决定的。 (3)在研究动态控制过程中,发现了影响慢光光速变化快慢的因素。通过在数学上逐步分解慢光光速对时间的偏导数,从理论和仿真实验分析得到了各项影响因子。在排除与慢光设计相矛盾的因素之后,得到了最后优化的设计方案:更快的介质响应速度、高阶的缺陷模式以及合理的光子晶体结构。 (4)在研究比较电子器件小型化时遇到的电子隧道效应时,发现在光子晶体器件小型化过程中不可避免出现“光子隧道”效应。这是因为光子晶体小型化过程中其晶格常数是固定不变的,只能减少其周期数,光子就有一定几率穿透禁带。通过仿真分析光子晶体各项参数对其影响后发现:更大的介质介电常数能减小穿透几率,光子晶体晶格对穿透几率的影响非常大,而材料的半径对其影响则可以忽略。


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