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微纳光束光波导的传输和控制分析

陈国强  
【摘要】: 微纳光束被誉为最有希望的纳米全光集成的信息载体。要实现微纳光束的传输控制,首先要对微纳光束的极限尺寸加以认识;在此基础上才有可能实现最小尺寸的微纳光束;而最终对微纳光束的变换和控制,将要采用处于亚波长量级上的微结构以构成对微纳光束具有光束整形、光束变宽/变窄、分束、波长选择等作用的新型结构加以实现。 本文引入了狭缝波导结构以实现对微纳光束极限尺寸的控制。利用高折射率对比,将光束缚于低折射率狭缝区域内,而且处于低折射率区域的电场强度远大于高折射率区域,实现高强度的局域光场传播。为改善狭缝波导的信号传输特性,本文在狭缝波导中复合光子晶体结构,构成狭缝光子晶体波导(SPCW)。期望SPCW能够加强能量的传输效率,而且有效的提高信号的信噪比,将能量更好的束缚于缺陷腔内部,因此可以利用狭缝光子晶体实现能量的高效率耦合、分束等应用。 为实现微纳光束的分束结构,本文设计了两种分别基于耦合腔理论和倏逝场直接耦合理论的分束器结构。对两者分束以及能量耦合特性进行了比较。其中SPCW直接耦合分束器在狭缝耦合的区域长度超越某一阈值时,可以实现超高效率的能量耦合。本文设计了基于倏逝场能量耦合的全新结构以实现波长选择的功能。利用这种基于狭缝光子晶体波导的结构,实现对入射1.55μm和1.3μm通讯波长的两种信号进行分端口输出,达到波长选择的目的。


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