光子晶体缺陷模特性与应用研究

【摘要】： 光子晶体具有和固体电子晶体相似的特性，表现出光禁带特性以及光局域特性，处于光禁带中的光不能在光子晶体中传播。在光子晶体中引入点缺陷、线缺陷，可形成光子微腔和一维光波导，进一步利用这些缺陷以及它们的组合可形成多种新型光子器件。对光子晶体缺陷模的研究对新型光子器件的设计、制造有重要指导意义。 本文运用时域有限差分法(FDTD)和采用完全匹配层(PML)边界条件，首先对二维圆介质柱光子晶体的带隙以及点缺陷和线缺陷的传输特性进行了分析计算，发现随着点缺陷半径的增大，缺陷峰的位置向低频方向移动；随着晶格常数增大，线缺陷波导的通带的中心波长逐渐向长波长方向移动。 进一步在二维正方格圆柱光子晶体结构的原型基础上，引入线缺陷，同时还首次引入椭圆点缺陷构成组合缺陷，讨论了椭圆点缺陷围绕其中心位置平移和旋转时缺陷模的变化。发现当椭圆点缺陷平移时，共振峰对应的中心波长在2.509～2.673μm之间呈近似周期性的波动；而当点缺陷介质柱旋转，且角度在30°～60°间偏移时，共振峰中心波长保持不变，当角度在其他范围之间时，共振模呈现单双交替变化现象，中心波长相应发生改变。 最后构建了一种沿波传播方向晶格常数渐变的新型光子晶体结构，同时引入组合缺陷。恰当地选择微腔，缺陷模可以实现可控变化，并有相近的峰值，而且缺陷峰线宽约为10nm左右。并利用这种缺陷态结构设计了六信道波分解复用器。