基于光子晶体波导的低损耗慢光研究.pdf

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1、潘玲基于光子晶体波导的低损耗慢光研究摘要光子晶体是由两种或两种以上介质材料呈周期性排列形成的一种人工结构。利用光子晶体的带隙特点，可以控制光在光子晶体中的传播速度，通过在光子晶体中设置缺陷结构可以形成光子晶体波导，获得慢光效应。慢光在全光缓存、光延迟线、全光可调谐开关以及非线性光学等方面都有着重要的应用价值，因此成为光学领域研究的热点。在众多实现慢光的技术中，光子晶体波导具有其它技术所没有的优点，比如可以在室温下产生慢光，结构简单紧凑，易于集成等，这使得光子晶体波导技术为慢光的实际应用提供了有利条

2、件。然而，由于各方面条件限制，目前，关于光子晶体慢光波导的实验工作方面还不够成熟。要想在实验中实现慢光，需要将光子晶体波导长在一定的基底之上，然而加上基底之后，会产生巨大的损耗，这就需要对基底的材料以及厚度等做出适当的选择与调整。为了解决这一问题，使得光子晶体慢光波导更容易在实验上实现，本文基于三角晶格空气柱光子晶体，通过在传统的光子晶体单线缺陷薄板波导中加入硫系玻璃材料(Amtir)作基底，设计了一种新型的慢光波导结构。通过对不同基底厚度产生的能带结构、场分布以及损耗大小的计算分析，找到了能将损

3、耗降到最小，同时又能实现慢光的理想基底厚度。最终在最优化的硫系玻璃基底波导结构中，我们得到了损耗为15．4dB／cm，光速为O．04c的理想慢光，比传统波导28．7dB／cm的损耗降低了约46．3％。同时，本文总结了目前慢光的几种实现方法，详细介绍了光子晶体的几种数值计算方法，并用光束传播法对上述新型波导结构的传输特性进行了仿真计算，观察波导的场分布图发现：缺陷两侧空气柱对波导结构的损耗大小和慢光特性都有一定的影响。通过计算不同半径空气柱的损耗大小和群指数大小，分析了空气柱半径大小、第一排空气柱半

4、径大小以及第二排空气柱半径大小对波导损耗和群指数大小的影响。关键词：光子晶体波导；Amtir：慢光；损耗扬州大学硕士学位论文AbstraotPhotoniccrystalisanartificialstructurewithtwoormorethantwokindsofdielectricmaterialsarrangedperiodically．Becauseofthecharacteristicsofbandgap，thespeedoflightinphotoniccrystalsCanbec

5、ontrolled．TheslowlighteffectCallbeobtainedbysettingdefectsinaphotoniccrystalwaveguidestructure．Ithastheimportantapplicationpotentialintheall-opticalbuffer,opticaldelayline，all-opticaltuningswitch，nonlinearoptics，andSOon．Theslowlighthasbecomeahotspotin

6、opticalresearch．Amongnumerousrealizationsofslowlighttechnology，photoniccrystalwaveguidehassomeadvantagewhichothertechnologydosen’thave．Forexample，itCallrealizeslowlightatroomtemperature，andhassimpleandcompactstructure，andiseasytointegrateandSOon．Theph

7、otoniccrystalwaveguidetechnologymakestherealizationofslowlightpossibleHowever，duetothelimitsofvariousconditions，atpresent，theexperimentalworkofslowlightinphotoniccrystalwaveguideisnotenough．Torealizeslowlightintheexperiment，wemakethewaveguideonasubstr

8、ate．However,thephotoniccrystalwaveguidewithsubstratewillproduceagreatloss．Inordertosolvethisproblemandmakethephotoniccrystalwaveguidemoreeasilyimplementedexperimentally，weshouldmakeproperselectionofmaterialandthicknessofsubstrate．Basedonthepho