二维光子晶体波导出射光集束及偏转的相关研究

【摘要】： 光子晶体(Photonic Crystal)作为一种新型的人工光学材料,是现在光与电磁波研究中的一个热门研究对象。由于光子晶体拥有带隙结构,因此光子晶体能更好的控制光的传播。基于此原理开发的光子晶体波导能做到只有十几个波长量级的尺寸,而且能实现许多传统光学器件无法实现的功能。然而作为亚波长波导,因为衍射极限的存在,光子晶体波导的出射光会发散到各个方向,没法加以应用。因此光子晶体波导出射光场的空间控制成为了光子晶体器件开发的一个重要研究方向。本文从引入点缺陷和加工表面结构两种基本思路出发,分别讨论了通过共振腔机制和表面波机制实现的二维光子晶体波导出射光场集束及偏转现象及形成机理,比较两种机制各自的优点和局限性,给出了结构的优化方案,并利用计算机数值模拟了相应设计的结果。最后一章中,我们提出了一种新型的三角元胞光栅结构,利用非对称光栅结构耦合表面波到自由空间实现调制功能的原理,可以在尽可能小的尺度内实现二维光子晶体波导出射光场大角度的偏转及方向性出射。