二维光子晶体分束器的仿真研究.ppt

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时间:2020-08-11

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1、二维光子晶体分束器的仿真研究导师:学生:专业:主要内容研究背景、目的、意义及研究状况光子晶体波导的传输特性研究光子晶体表面波色散关系的理论研究表面修饰结合点缺陷光子晶体波导的分束特性研究结论研究背景、目的、意义及研究状况线缺陷波导出射光分束及准直的研究状况1.21.21.21.21.21.2课题背景及研究的目的和意义1.1在光子晶体的研究中,光子晶体线缺陷波导和自准直是最基本的器件,也是设计其它各种光子晶体器件的基础。课题背景及研究的目的和意义光子晶体线缺陷波导光子晶体自准直波导光子晶体表面模色散关系的理论研究表面模色散关系的数值研究2.2光子晶体的数值研究方法2

2、.1平面波展开法:根据光子晶体结构的周期性,利用布洛赫定理和傅里叶变换,以平面波叠加的形式将麦克斯韦方程组中介质的介电常数、电场强度、磁场强度在倒格矢空间展开,从而把麦克斯韦方程组转化成本征方程。求解本征方程就可得到本征频率与波矢之间的色散关系。二维利用平面波展开法计算光子晶体的能带结构,等频率图以及波导和表面模的色散关系。光子晶体的数值研究方法时域有限差分法:首先将麦克斯韦方程组展开成标量场分量的形式,然后利用二阶精度的中心差分来代替方程组中的微分形式,从而将连续的空间与时间问题离散化,离散后可以得到标量场分量随时间和空间推进的差分方程组。利用时域有限差分法,模

3、拟光在光子晶体中的传输情况光子晶体的数值研究方法无限大结构半无限大结构表面调整的半无限大结构表面模色散关系的数值研究rs支持一个表面模表面模色散关系的数值研究不支持表面模不支持表面模ω=0.408×2πc/a的光波的Ey本征态从图中可以看出,能量主要集中在光子晶体的表面修饰介质柱上。该图验证了:表面波仅仅传播在表面,在垂直于表面的方向场强呈指数衰减。表面模色散关系的数值研究光子晶体-空气表面的电场本征态从图中可以看出:对于光子晶体-空气界面的非耦合表面模,随着rs的增大,非耦合表面模所对应的能带向下移。因此,在实际应用中,可以通过调整表面层介质柱大小,从而获得需要

4、的非耦合表面模频率范围。表面模色散关系的数值研究光子晶体表面模色散关系的理论研究小结介绍了论文计算色散关系需用到的平面波展开法,以及模拟电磁场分布需用到的时域有限差分法用平面波展开法结合超原胞技术计算了光子晶体-空气界面、光子晶体-光子晶体界面的表面模色散关系,得到了表面模色散关系随表面结构参数的变化规律研究结果为论文中表面结构的设计奠定了基础表面修饰结合点缺陷光子晶体波导的分束特性研究表面修饰结合引入点缺陷实现出射光分束的研究3.3表面修饰后的辐射场特性研究3.2二维光子晶体波导结构的输出特性3.1小结3.4光子晶体波导结构稳态电场

5、Ey

6、的分布发散角大于120

7、°如何实现分束?第一步:激发表面波第二步:离散的辐射表面波二维光子晶体波导结构的输出特性输出表面上所有介质圆柱的半径从r=0.18a,调整为rs=0.09a稳态电场

8、Ey

9、的分布表面结构的色散关系表面修饰后的辐射场特性研究半径:r=0.09ars=0.09a调整的个数:2Ns修饰表面修饰后的辐射场特性研究表面部分介质柱被修饰后的稳态电场

10、Ey

11、分布图被修饰的介质柱上有能量分布出现不明显的分束现象表面修饰后的辐射场特性研究表面修饰结合引入点缺陷实现出射光分束的研究引入点缺陷(a)(b)如果参数选择合适,则会出现kλff=π/a(λsm=2a),此时当L增加2a时,输

12、出空间中光束会增加一条。表面修饰结合引入点缺陷实现出射光分束的研究表面全部调整同时引入点缺陷时,稳态电场

13、Ey

14、分布图出现分束现象。但是有一部分能量沿表面传播,造成能量损失。表面修饰结合引入点缺陷实现出射光分束的研究表面部分调整同时引入点缺陷时,稳态电场

15、Ey

16、分布图出现分束现象。没有能量沿着表面传播克服了能量的损失。表面修饰结合引入点缺陷实现出射光分束的研究L=2na时出现n束光输出表面上,点缺陷外,再调整Nb个介质圆柱的半径被修饰的表面介质柱的个数对辐射场的影响利用修饰光子晶体输出表面与引入点缺陷相结合的方法,提出了一种新型的光子晶体波导输出光分束器,可以用其

17、操纵从波导中输出的光在空间中的传播。数值计算结果表明:输出空间中光束的数量随着点缺陷位置的改变而改变,当点缺陷之间的距离L=2na时,输出空间出现n束光。小结谢谢各位老师

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