周期性介质波导慢波特性的研究

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1、华中科技大学硕士学位论文周期性介质波导的慢波特性研究姓名：郭江拓申请学位级别：硕士专业：物理电子学指导教师：周治平20090515华中科技大学硕士学位论文摘要慢波以其极慢的群速度成为了时域上光信号缓存及处理的最佳解决方案，不仅如此，光速的降低和控制也为研究光和物质的相互作用提供了一个崭新的平台。在产生慢波的方法中，光子晶体波导器件以其室温下操控性，良好的集成性与灵活的可设计性倍受关注。光子晶体是由两种或多种具有不同介电常数的材料在空间周期性排列而成的一种新型人造材料，其特点是拥有光子带隙，带隙范围内任何频率的电磁波

2、都不允许通过。通过对光子晶体波导器件结构的精细设计及啁啾的引入，更可以获得宽带低色散的慢波。本文主要工作是研究各类周期性介质结构中的慢波特性，以期设计出具有宽带低色散性能的慢波器件，完成的工作包括：（1）基于光子能带理论，利用平面波展开法研究光子晶体波导特性，介绍了两种主要的增加慢波带宽的方法。通过对三角晶格空气孔型光子晶体线缺陷波导进行简单的结构改变，获得了零色散型慢波。（2）综合光子晶体耦合波导与一维周期性介质波导的特点，经过不断分析演化，创新地提出一种含三排椭圆孔的周期介质波导，实现“座椅状”能带慢波，并对其

3、慢波特性进行分析。（3）对椭圆孔的尺寸进行详细扫描，归纳改变各参数对能带曲线的影响并对器件进行优化。同时深入分析模场分布，就各参数变化的影响从物理本质上予以解释。（4）比较了三种理论上引入啁啾的方法，依据工艺实现的可行性，重点考虑了以椭圆侧向中心距进行参数啁啾的波导器件的慢波特性，并从理论及仿真上证实其能实现宽带低色散慢波传输。关键词：慢波光子晶体光子带隙周期性I华中科技大学硕士学位论文AbstractSlowlight,featuredbyextremelyslowpropagatingspeed,hasbeen

4、consideredasthemostpromisingsolutionforopticalsignalbufferingandprocessingintime-domain.Furthermore,theslow-downandcontroloflightpropagationprovideanewplatformtoinvestigatethelight-matterinteractions.Photonic-crystaldevicesareespeciallyattractiveforgeneratings

5、lowlight,astheyarecompatiblewithon-chipintegrationandroom-temperatureoperation,andcanofferwide-bandwidthanddispersion-freepropagation.Photoniccrystal（PC）isakindofartificialstructureformedbytwoormoredielectricmaterialsperiodicallyarrangedinspace.Theexistenceofa

6、photonicbandgapforbidsallthelightpropagationinanydirectionwithininthefrequencyrange.Byfine-tuningofthephotoniccrystalwaveguide（PCW）andintroductionofchirpstructure,slowlightwithwidebandandlowdispersioncouldbeproduced.Thisthesisismainlyfocusedonanalyzingtheslowl

7、ightpropertiesinvariousperiodicdielectricwaveguides,inordertodesignwidebandslowlightwaveguidedeviceswithlowdispersion,including:(1)Basedonphotonicbandtheoryandplanewavemethod,simpleintroductionsaremadeaboutthecharacteristicsofPCWaswellastwomethodstobroadenthes

8、lowlightbandwidth.Byslightlyadjustingthestructureoftriangular-holePClattice,zero-dispersionslowlightisgenerated.(2)Anovelperiodicstructurecomprisedbythreerowsofellipticholesiscreat