对称结构扰动型光子晶体禁带结构及慢光特性研究.pdf

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1、对称结构扰动型光子晶体禁带结构及慢光特性研究PropertiesofBandGapandSlowLightPhotonicCrystalsConstructedwithSymmetricallyPerturbedStructure2014年6月独创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的内容以外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果，也不包含为获得江苏大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。对本文的研究做出重要贡

2、献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。奇伯、、布阳铿‰孙驯签静作文沦位学学位论文版权使用授权书江苏大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术期刊(光盘版)电子杂志社有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致，允许论文被查阅和借阅，同时授权中国科学技术信息研究所将本论文编入《中国学位论文全文数据库》并向社会提供查询，授权中国学术期刊(光盘版)电子杂志社将本论文编入《中国

3、优秀博硕士学位论文全文数据库》并向社会提供查询。论文的公布(包括刊登)授权江苏大学研究生处办理。本学位论文属于不保密学位论文作者签名：红有责圳≯年6月(}日江苏大学硕士学位论文摘要光子晶体是由人工设计而成的介电常数呈周期分布的晶体结构。光子晶体最突出的特性就是光子晶体的光子禁带和慢光特性。其独特的慢光可控性也成为了光学领域的一个研究热点。相比与其他慢光技术，光子晶体可以在室温下产生慢光，且光子器件一般体积小，易于集成，因此，光子晶体慢光技术在光延迟线、全光缓存以及全光网络领域能制备出优良性能的光学器件，可

4、进一步提升光通信网的服务承载能力，具有很好的应用前景。论文从扰乱光子晶体的原有对称结构出发，通过改变原胞中的介质柱特性或加入外来扰动介质柱的方式来改变原有晶胞的布里渊区基本结构，形成对称结构扰动型的光子晶体结构。模型建立后首先分析扰动方式对其光子禁带特性的影响，然后在完整的对称结构扰动型光子晶体中加入缺陷形成波导，进而通过仿真软件来计算分析其波导慢光特性。论文主要的工作以及创新点如下：(1)设计具有内部扰动方式的对称结构扰动光子晶体，并采用了双柱扰动和三柱扰动两种方式来进行对内部扰动的优化。研究不同介质柱

5、半径比例和不同介质柱介电常数对其禁带结构的影响。研究发现：在扰动柱半径比例作为变量的情况下，对于双柱扰动和三柱扰动，都存在最优柱扰动方式使得TE模式与TM模式获得最大禁带数与最大禁带宽度，三柱扰动的禁带效果要整体好于双柱扰动；同时，在此基础上研究了不同介电常数对三柱扰动结构产生的禁带特性进行了研究，结果表明：TE模式产生的禁带数及其禁带宽度先增大后减小，而TM模式产生的禁带数及其禁带宽度也是先增大后减小。即存在最佳扰动柱半径分布方式和介电常数值使内部扰动方式的禁带特性最优。(2)设计具有外部扰动方式的对称

6、结构扰动光子晶体，以获得更好的禁带特性。在最佳内部扰动方式的基础上引入外来扰动柱，设计了扰动柱半径统一分布与扰动柱半径比例分布两种方式来进行对外部扰动禁带结构的优化。结果表明，在扰动柱半径作为变量的情况下，采用扰动柱半径统一分布的方式要比比例分布的方式得到的禁带特性更好；同时此基础上研究了不同介电常数对扰动柱半对称结构扰动型光子晶体禁带结构及陵光特性研究径统一分布结构产生的禁带特性进行了研究，结果表明随着介电常数的增大，TE模式产生的禁带数不断增加，其宽度先增加后减小；TM模式产生的禁带数及其宽度都是先增

7、加后减小。存在最佳扰动柱半径分布方式和介电常数值使外部扰动方式的禁带特性最优。(3)在对称结构扰动型光子晶体波导结构上，将扰动柱半径作为扰动因子来进行对波导慢光特性的分析。研究表明，增加扰动柱半径可以使得群速度色散(GVD)属于低色散区间，同时获得较大的平均慢光带宽，有效增大波导慢光的归一化延迟带宽积(NDBP)值，使之维持在0．3以上；其波导群速度维持在10-2C(c为真空光速)数量级。(4)改变对称结构扰动型光子晶体波导结构，将扰动柱介电常数作为扰动因子来进行对波导慢光特性的分析。研究表明，增加扰动柱

8、介电常数获得的平均慢光带宽较小，且不能有效增大波导的NDBP值。其波导群速度仍维持在10。2C数量级，群速度色散亦维持在低色散区间内。关键词：光子晶体，平面波展开法，禁带，慢光II江苏大学硕士学位论文ABSTRACTPhotoniccrystalsarecrystalstructures、^，itllperiodicdistributionofartificialdielectricconstant．Themostappeal