基于光子晶体波导的慢光特性研究

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1、分类号：TN252密级：公开UDC：535学校代码：11065硕士学位论文基于光子晶体波导的慢光特性研究毛强明指导教师李长红学科专业名称信号与信息处理论文答辩日期2016年05月28日摘要电子瓶颈的存在，限制了光缓存技术的发展。慢光的实现，解决了光缓存技术的难题。获得慢光的最佳途径为光子晶体波导结构。然而，线缺陷波导或耦合腔波导，在获得慢光的同时，伴随着大的群速度色散，这使得信号发生形变和失真，从而限制慢光传输容量。为了获得宽带、低色散慢光特性，一方面需要研究禁带较宽的光子晶体结构，另一方面需要设计波导结构获得归一化延迟带宽积较大的导模。针对禁带的问题，研究发现圆

2、形孔三角晶格光子晶体和六边形孔三角晶格光子晶体禁带在0.12至0.15范围内，圆形孔正方晶格光子晶体禁带为0.12，它们的禁带宽度较宽，能够减小光能损耗，适合波导地设计。为了获得归一化延迟带宽积较大的导模，本文提出了两个不同的光子晶体波导结构，分别利用矩形空气孔和眼形空气孔替换临近先缺陷波导的圆形孔，分析矩形孔和眼形孔变化对慢光特性的影响。研究表明，在慢光区域平均群折射率变化为±10%的条件下，当用眼形空气孔替换圆形孔时，获得的归一化延迟带宽积最大值2为0.366，带宽最大为22.5nm，群速度色散最小为2.54ps/mm；当用矩形空气孔替换圆形孔时，导模可获得归

3、一化延迟带宽积最大为0.402，带宽最大为65.3nm，群2速度色散最小为8.0ps/mm。比较可知，利用矩形孔获得的慢光特性优于眼形孔，这为光缓存器件地设计提供了一定的理论基础。关键词：光子晶体；波导；慢光；色散；带宽AbstractTheexistenceofelectronicbottleneckrestrictsthedevelopmentoflightcachetechnology.Therealizationofslowlighthassolvedlightcachetechnologyproblem.Thebestwaytoobtainslowlig

4、htisphotoniccrystalwaveguidestructure.Whileline-defectwaveguidesorcoupledcavitywaveguidesobtainslowlight,largegroupvelocitydispersionisfollowed,whichmakessignaldeformedanddistortionandlimitsslowlighttransmissioncapacity.Inordertoobtainslowlightpropertieswithwidebandwidthandlowdispersi

5、on,ontheonehand,weneedtoinvestigatephotoniccrystalstructurewithwiderbandgap,ontheotherhandneedtodesignwaveguidestructurestoobtainguidemodewiththelargernormalizeddelaybandwidthproduct.Inviewofbandgapproblem,investigationfindsthatcircularholestriangularlatticephotoniccrystalandhexagonho

6、lestriangularlatticephotoniccrystal’srangofbandgapis0.12~0.15,andcircularholessquarelatticephotoniccrystal’bandgapis0.12.Thesebandgapsarewideenoughtoreducelightenergyloss,suitablefordesigningofwaveguides.Onpurposeofobtainguidemodewithbiggernormalizeddelaybandwidthproduct,inthistextwep

7、roposetwodifferentwaveguidestructures.Circularholesnearline-defectwaveguidearereplacedbyrectangularairholesandeye-shapedholesrespectively,whenrectangularholesandeye-shapedholeschanged,analyzingtheinfluencetoslowlightproperties.Resultsshowthatwithinthelinearregionthataveragegroupindexv

8、aries