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《南昌大学》 2014年
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光子晶体表面波导与内波导的耦合特性研究

李思众  
【摘要】:集成光学概念的提出已经将近半个世纪,但基于传统光波导器件的尺寸较大和集成度低等问题一直制约着光子集成。光子晶体,自1987年被Yablonovitch和John同时提出这种周期性介电材料以来,其能够调控光子运动的特性便开辟了一条新的方向来实现光子集成回路(PICs)。光子晶体的周期尺寸为微纳数量级,其形成的光子晶体波导具有高效导光和尺寸微小等特性,可以实现超低损耗的光传输。作为构建PICs中重要元件的光子晶体波导,本论文从二维光子晶体平板结构的外部和内部展开,结合该结构的表面模特征,研究光子晶体表面波导与内波导的光传输特性。 首先研究了基于正方晶格介质柱型光子晶体表面波导的表面模式及其光传输特性,利用时域有限差分法模拟了光子晶体表面波导上的光波传输行为。模拟结果表明,这种光子晶体表面可以实现高效的导光。同时通过研究比较相同结构内波导与外波导的光学特性,发现通过调整两波导结构的细微参量即可以实现彼此间高效的模式匹配,从而能够用来设计一款新型、高效、双向和宽带宽的表面波导耦合器。 其次研究利用光子晶体表面锥形结构来优化光子晶体表面波导与内波导的接口,从而同样实现高效的光波耦合导入光子晶体内波导。通过讨论和比较光子晶体表面波导与内波导两者在光学模式、透射谱效率等方面的特性,研究改变波导结构中光波传播路线上的介质柱半径,以实现对其波导光学模式的调制,同时优化锥形接口,有效抑制光波在耦合过程中的反射。模拟结果表明,光波导入耦合效率高,并且耦合边界结构设计简单。 最后基于相关的实验条件,实验探索了光子晶体结构的制备和光学特性研究。采用纳米球刻蚀技术,研究利用自组装来形成大面积聚苯乙烯小球薄膜,然后将其作为掩膜铺设在硅基片表面,结合等离子刻蚀刻蚀技术、热蒸发技术、湿法腐蚀等方法,最后制成具有六方晶格结构的光子晶体。测试结构表明,该纳米结构具有很好的周期性及其陷光效果。 论文通过结合光子晶体表面波导与内波导的特性来实现光波的高效耦合,同时探索了光子晶体结构的制造工艺,为实现具有新型优越功能的光子学器件提供了较好的思路与方法。
【学位授予单位】:南昌大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:O734

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【参考文献】
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【共引文献】
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