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二维光子晶体缺陷间的耦合及波分复用研究

杨春云  
【摘要】: 光子晶体是一种介电常数在空间周期性变化的材料,其结构具有类似于半导体中电子带隙的“光子带隙”,如同在半导体中引入缺陷来控制电子的传输一样,在光子晶体中引入缺陷能有效控制光波的传输。光子晶体波导和谐振腔是构成各种光电器件的两个基本元件,由于其具有体积小,易于大规模集成等优点而得到迅速发展。本文是以光子晶体波导和谐振腔构成的滤波器作为波分复用研究的基础。 本论文主要做以下几方面的工作: 1.分析了二维三角晶格及正方晶格介质柱光子晶体TE偏振的禁带与介质柱半径的变化关系,并且分析了二维光子晶体缺陷态的分布。根据光子晶体波导间的耦合作用,计算其耦合长度并设计合理的定向耦合器。通过分析波导与微腔的耦合特性,选取不同的传输方向,可以设计多种基于光子晶体波导与微腔耦合的波分复用系统。 2.根据耦合模理论研究波导间的耦合特性,并基于该特性设计一个三通道波分复用器。由于不同的波长对应不同的耦合长度,因此可以设计超微的多通道光子晶体波分复用器。 3.首先研究光子晶体微腔与波导的耦合作用,然后利用光波的倏逝耦合和导模共振理论计算出微腔的中心频率。最后基于波导与微腔的耦合作用,设计一个多通道的致密型波分复用器,并通过光子晶体微腔进行优化和增加一个反射层提高其透射率。 4.通过在光子晶体六角环形腔中增加两个散射介质柱,设计一种高透射率的环形腔,并研究该散射介质柱半径的大小与波长带宽的关系。结果表明:改变两个散射介质柱半径的大小和环形腔与波导耦合区介质柱半径的大小,可对波长带宽和数值进行有效调制。


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