具有介质手性带隙型光子晶体光纤光传输特性的研究

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1、ClassifiedIndex:O438U.D.C.:535DissertationfortheMasterDegreeinScienceRESEARCHONTRANSMISSIONCHARACTERISTICSOFDIELECTRICALLYCHIRALPHOTONICCRYSTALFIBERWITHBANDGAPCandidate：SuQiyaoSupervisor：Prof.LiJunqingAcademicDegreeAppliedfor：MasterofScienceSpecialty：OpticsAffiliation：DepartmentofPhysicsDateofDefenc

2、e：July3,2010Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学理学硕士学位论文摘要由于在光通信领域的美好应用前景，具备一些新奇性质的光子晶体光纤(PCF)近年来引起人们越来越多的重视。事实上，现存的PCF都由非手性的材料制作而成，而手性PCF还没有得到应有的重视。本文提出了介质手性的带隙型光子晶体光纤的概念，并通过数值模拟研究了介质手性对带隙和导模传输特性的影响。本论文改进了现有的两种数值模拟方法——平面波展开(PWE)法和有限差分频域(FDFD)法，并将其应用到具有介质手性的光子结构，通过手性光纤和折射

3、率型PCF两个例子，验证了上述两种方法的有效性。改进后的FDFD法可以用于研究任意结构的手性正规光波导。而改进后的PWE法有两种形式：一般的手性PWE法和波导的手性PWE法，前者适用于研究手性光子晶体的带隙结构，而后者结合超原胞近似能够研究结构较为简单的手性PCF。利用手性PWE法，研究了手性对光子晶体模场分布、偏振态分布、带隙宽度以及包层有效折射率的影响。针对三角点阵和蜂窝点阵两种结构，计算了特定波矢方向的本征模式，找到了圆偏振模式，并分析了手性引起的带隙宽度压缩现象。利用手性FDFD法，模拟了具有介质手性的三角点阵空芯PCF和蜂窝点阵带隙型PCF，并讨论了导模的偏振态特性、有效折射率以及损

4、耗特性。证实了在手性PCF中也可以实现带隙导光的机制。在上述两种PCF中，我们都找到了很纯的圆偏振导模。基于手性对左右圆偏振模式损耗和折射率的差异，讨论了圆偏振模式选择性传输的可能性。关键词：光子晶体光纤；光子带隙；介质手性；平面波展开法；有效差分频域法-I-哈尔滨工业大学理学硕士学位论文AbstractDuetothepromisingapplicationinopticalcommunication,photoniccrystalfiber(PCF)withsomeuniquepropertiesarousesmoreandmoreattentionsrecently.Infact,mos

5、tofexistingPCFarefabricatedbyachiralmaterialwhilechiralPCFdonotreceivedadequateemphasis.Inthisthesis,aconceptofdielectricallychiralPCFwithbandgapisproposed.Byusingnumericalsimulations,theeffectsofchiralityareinvestigatedonthephotonicbandgapandguidancecharacteristics.Inthisthesis,twocurrentalgorithms

6、,namelytheplanewaveexpansion(PWE)methodandtheFinite-differenceFrequency-domain(FDFD)method,areimprovedandappliedtophotonicstructurewithdielectricchirality.Throughtwotypicalexamples,namelythechiralfiberandindex-guidedPCF,twoabovemethodsareproved.TheimprovedFDFDmethodmaybeutilizedtostudyaregularchiral

7、waveguidewitharbitrarystructure.TheimprovedPWEmethodhastwoforms:theconventionalchiralPWEmethodandthechiralPWEmethodforwaveguide,theformerissuitableforthePCFwithbandgapstructure,while,byincorporatingth