二维光子晶体带隙及波导慢光特性的研究

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1、西南交通大学硕士研究生学位论文第1页摘要光子晶体是人工设计的由两种或两种以上介质材料排列的一维、二维或三维周期结构的晶体。利用光子晶体的带隙和慢光特性，可以控制光波在光子晶体中传输的速度，相对于其他慢光技术而言，光子晶体波导慢光最大的优点就是可以在室温下产生慢光，并能通过调整光子晶体波导结构来实现不同程度的慢光，而且可以使光子器件更加紧凑，易于集成。因此，应用光子晶体及其慢光技术，可以在光学延迟线、全光缓存、光通信等领域能制作出各种性能优良的光器件，在高速信息处理和传输领域有广泛的应用前景。本文重点对光子晶体带隙特性和波导慢光特性进行

2、数值分析，并对常规波导与光子晶体波导的耦合情况进行讨论，以求得到具有更好带隙特性及慢光特性的光子晶体结构。主要内容包括：1．用平面波展开法对二维六方介质柱(空气孔)光子晶体带隙特性进行数值分析，研究了带隙的变化与晶格常数和填充比的关系；以及介质柱(空气孔)与背景折射率差值对光子晶体带隙的影响；并对空气孔之间产生交叠情况下的带隙特性进行了分析说明。2．通过平面波展开法对光在二维三角晶格介质柱光子晶体线缺陷波导中传输时的慢光特性进行了数值分析，研究了填充因子和缺陷柱的半径对光子晶体波导的导模群速度的影响，并进行比较；通过调整填充因子和缺陷

3、柱半径的大小，得到了导模群速度小于0．01c的波导结构。最后结合慢光导模的群速度色散特性进行分析，得到极慢光区域的二阶GVD系数位于105．106ps2／砌，能够保证光的有效传输。3．通过FDTD算法对光波在光子晶体线缺陷波导中传输的场分布进行了模拟计算。然后针对常规波导与光子晶体波导直接的耦合问题进行了研究，发现了由于耦合处结构参数不同或几何尺寸差异而导致的模场阻抗适配问题，为下一步研究指明了方向。关键词：光子晶体；光子带隙；平面波展开法；波导慢光；波导耦合西南交通大学硕士研究生学位论文第lI页AbstractPhotoniccry

4、stalsaresyntheticcrystals，madeoftwoormorekindsofdielectricbuildingblocksarriedin1D，2Dand3Dperiodstructure．Thevelocityofthelightinphotoniccrystalscanbecontrolledwiththebandgapandtheslowlightpropotiesofphotoniccrystals．Relativetootherslow—lighttechnologies，thegreatestadva

5、ntageofslowlightinphotoniccrystalwaveguidesisthatitcanproduceslowlightatroomtemperatureincompactinsize，andthelightvelocitycanbemodifiedbydesigningdeffemtphotoniccrystalstructures．Thenphotoniccrystalscanbeappliedinopticaldelayline，opticalbuffering,all—opticalstorage，opti

6、calcommunicationandetc．Differentopticalfunctiondeviceswithgreatbehaviorscanbemade，andthereapplicationswillbewidelyandimportantinhi【ghspeedinformationprocessinganddatatransportfields．Inthisthesis，propertiesoftwo—dimensionalphotoniccrystalband·gapandwaveguideslowlightarea

7、nalyzed．Newphotoniccrystalstructureswithbetterbandgapcharacteristicsandperformanceofslowlight，havebeendesignedthroughstudyingthestructureparametersonband—gapsizeandwaveguidepropertiesofslowlight，aswellasthecouplingofconventionalwaveguideandphotoniccrystalwaveguide．Theco

8、ntentsareasfollows：1．Bandgapcharacteristicsoftwo—dimensionalhexagoncolumn(airhole)photoniccrystalsisanalyzedwi