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《南昌大学》 2012年
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光子晶体表面波导与多模波导的光传输特性

张军  
【摘要】:虽然集成光学的概念已经提出了近40年,但是由于用于集成的传统光子学器件在原理、材料、制备工艺等方面存在较大的差异,特别是器件尺寸较大和集成度不高,使得光子集成远未达到预期的目的。光子晶体作为一种新型的人工微周期性结构,由于能够在波长的尺度对光波产生限制效应,而得到人们广泛的关注。光子晶体波导由于具有导光高效和尺寸微小等特性,使得基于它构建的光子学器件在光集成回路中有着广泛的应用前景。本论文分别从二维光子晶体平板的外部和内部展开,结合该平板结构的全内反射和表面模特征,研究表面波导和多模干涉型波导中的光传输特性。 首先研究了基于三角晶格空气孔型光子晶体平板的表面模波导的光传输特性,利用时域有限差分法模拟了表面波在光子晶体的外部空间的传输行为,结果表明,这种表面模不仅可以沿着光子晶体表面高效的导光,而且可以用来设计一款新型的、高效的和宽带宽的表面波导滤波器。此外,探索了表面波导异质结之间的耦合特性,该异质结是由不同截断参数的两个表面波导级联而成的。模拟结果表明这种异质结具有耦合效率高和对接口位置不敏感等特性。 其次将没有光子带隙的三角晶格型光子晶体多模波导等效为三层平板介质波导,基于自映像原理,研究了该种波导结构中的多模干涉效应,采用时域有限差分法模拟了光传播行为。模拟结果表明该等效结构能有效地分析波导的特性。全内反射和分布式布拉格反射的联合效应引导着光场高效地沿波导传播,透射带宽随波导宽度增大而减小,并且随着填充率的增大,高透射区域将向波长减小的方向移动,宽度和透射率也随之增加。 最后基于二维平板光子晶体多模波导中的反对称多模干涉原理,研究了—种新型的2×2超微光功分器。通过调制多模干涉区内的一对空气孔的有效折射率,可以获得任意的光功率分配比。作为示例,设计了一款3dB2×2光功分器,时域有限差分法的模拟结果表明,该器件不仅具有16×8μm2的超微尺寸,而且具有97%的高输出效率。这种方法可以推广到MxN光功分器,在光集成回路中具有潜在的应用价值。
【学位授予单位】:南昌大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:O734

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【参考文献】
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