多模干涉型人工微结构波导耦合系统的研究

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1、分类号：密级：ＵＤＣ４０５５０３５１３０５５：学号：南昌大学硕±研究生学位论文多模干涉型人工微结构波导穎合系统的研究Ｓｄｏｆ－ｔｕｍｕｌｔｉｍｏｄｅｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｂａｓｅｄａｒｔｉｆｉｃｉａｌｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｙｗａｖｅｕｉｄｅｓｃｏｕｌｉｎｓｓｔｅｍｇｐｇｙ邹秋顺培养单位（院、系）；理学院物理系指导教师姓名、职称：于天宝教授申请学位的学科口类：理学学科专业名称：光学论文答辩日期：２０１６年５月２８Ｕ巧辩委员会主席：评阅人：２０１６

2、５Ｊ年］ｂｌ学位论文独创性声明一、学位论文独创佑声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研巧成果，除了文中特别加标注和致谢的地方外，论文中不包含其。据我所知他人己经发表或撰写过的研巧成果，也不包含为获得盧畳去堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料一。与我同工作的同志对本研巧所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。？学位论文作者签名（手写）；签字日期：年／月日二、学位论文权使用授权书本学位论文作者完全了解南昌大学有关保留，同意学、使用学位论文

3、的规定校有权保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阔。本人授权南昌大学可Ｗ将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可Ｗ采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编本学位论文。同时授权北京万方数据股份有限公司和中国学术期刊（光盘版）±电子杂志社将本学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》巧《中国优秀博硕学位＂论文全＂文数据库》中全文发表，并通过网络向社会公众提供信息服务，同意按章程规定享受相关权益。学位论文作者签名（手写）；导师签名Ｃ手写）：的薪签字曰期：占年ｙ月ｉ曰

4、签字曰期Ｗｒ片日ｆ、￣论文题目變义＾挺ｉ４？的浓条如苗斗畔乎解刮？＾名多弘二向学与作。沁论文级别［ｉｔ±己硕ｆ］院／系／所专业ｔＥｍａｉｌ＿备注：￣￣＂＂公开□保密（向校学位办申请获批准为保密，年月后公开）２摘要摘要在过去的二十年，人工微结构材料，如光子晶体(PtCs)、光子准晶(PtQCs)、声子晶体(PnCs)、声子准晶(PnQCs)等，因具有独特的性质，使之能在相应的波长数量级尺寸上控制电磁波或声波能量的流动。自映像现象是多模波导系统的属性之一，即沿传播方向上每隔一定的距离会重复出现单重像或

5、多重像，多模干涉效应导致了复制像（包括单重像和多重像）的出现。基于多模干涉效应的光学器件因具有简单结构、低偏振灵敏度、低损耗和宽带宽等特性，使之成为光电集成回路中的重要部件。传统光波导和光子晶体多波导系统中的自映像现象已经得到了大量研究，然而，有关声波导中自映像现象的研究却未见报道。基于耦合模理论及有限元数值计算方法，本论文研究了光子准晶波导系统中的自映像效应，并首次将光波导中的多模干涉效应推广到了声波导中。研究表明，光子准晶多模波导系统中依然可以实现自映像现象。作为一种潜在的应用，我们设计并模拟分析了一款新型3dB太赫兹波功分器，该太赫兹

6、波功分器是基于对称干涉条件下光子准晶多模波导系统中的多模干涉效应，能将太赫兹波从两个输出通道中高效的输出，具有紧凑的结构和宽带宽等特性，并可以拓展基于光子准晶多模波导系统的新器件的设计。将M个平行声子晶体单模波导邻近放置构建一个声波多模波导结构(M-PnCWs)。为了获得其色散曲线以及传播方向上入射声波产生的复制像，有限元方法被用于对M-PnCWs的分析与计算，该M-PnCWs在工作频域内支持M个导模。模拟结果分别给出了在反对称和对称入射条件下，沿传播方向上出现的单重像（包括正像和镜像）和N重像，模拟结果中复制像出现的位置能很好地与由自映像

7、条件分析得到的计算值保持一致，该自映像条件是根据导模传输法确定的。正如光学多模波导系统中那样，自映像原理仍可用于分析M-PnCWs。作为在声学领域的潜在应用，我们提出了一款基于自映像现象的超声波功分器，该器件能将超声波从N个通道中自由的输出，且可作为声波回路中实际应用的器件。关键词：人工微结构；光子准晶波导；声子晶体波导；多模干涉效应；功分器；有限元方法IABSTRACTABSTRACTOverthepasttwodecades,materialsofartificialmicrostructure,suchasphotoniccrysta

8、ls(PtCs),photonicquasicrystals(PtQCs),phononiccrystals(PnCs),phononicquasicrystals(PnQCs)