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微纳光子波导与功能器件研究

张文富  
【摘要】:随着大规模集成电路的不断发展,电子芯片的集成度已经接近极限,因此人们希望通过光子芯片取代或部分取代电子芯片来更高速的传递、控制信息。在过去20多年中,以微纳光子学为基础的光子集成回路和光电混合集成回路得到不断的发展,但是微纳光波导和光子功能器件仍不能满足目前光子集成回路的要求,因此还有待研究人员的进一步研究。本论文理论上提出并设计了几种可用于未来大规模光子集成回路的微纳光波导与光子功能器件。 本文的研究内容包括以下几个方面: 1.基于缝隙波导光增强原理,提出并设计了两种低折射率限光型微纳缝隙光纤:环形缝隙微纳光纤和椭圆缝隙微纳光纤。研究发现,环形低折射率缝隙微纳光纤TM01模式具有高低折射率限光效率,低折射率光增强以及非线性增强等特性;椭圆缝隙微纳光纤HE11模式除了以上性质外还具有很高的双折射。 2.研究了平面周期性电介质光波导的慢光特性,设计了同时支持TE和TM模式低群速度、低群速度色散、高延迟带宽积的周期性电介质波导。基于周期性电介质波导设计了高色散(慢光)微环形腔,讨论了高色散微腔对光学双稳态阈值的降低作用。 3.研究了光子晶体线缺陷波导、偏振无关自准直光子晶体以及周期性电介质波导的双折射特性。设计了高性能(相位精度+0.01π)宽带(100nm)消色差低阶波片以及基于等效双折射概念的甚高阶光波片(500阶)。 4.提出了偏振波长上下话路器的思想,基于光子晶体波导与微腔耦合系统,设计了两种二维光子晶体偏振波长上下话路器。所设计器件在工作波长可以同时实现偏振分束和波长信号上载/下载功能。基于光子晶体带边模叠加原理设计了三种基于一维光子晶体异质结结构的偏振带通滤波器,分别为斜入射各向同性、正入射各向异性一维光子晶体单偏振带通滤波器和斜入射各向异性一维光子晶体双偏振带通滤波器。


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