新型二維光子晶體波導(dǎo)的設(shè)計(jì)及慢光特性研究.pdf

1、慢光可用來(lái)增強(qiáng)光與物質(zhì)的相互作用，在光緩存、光通信、非線性光學(xué)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。在產(chǎn)生慢光的各種方法中，光子晶體波導(dǎo)（PCW）中的慢光因其在光通信領(lǐng)域的應(yīng)用而成為近年來(lái)人們研究的熱點(diǎn)。然而，由缺陷波導(dǎo)產(chǎn)生的高群折射率（ng）慢光通常伴隨著大的群速度色散（GVD），從而嚴(yán)重限制了慢光的帶寬，導(dǎo)致光信號(hào)畸變，影響了其在實(shí)際中的應(yīng)用。針對(duì)當(dāng)前慢光波導(dǎo)存在的GVD值大、帶寬窄、損耗大等主要問(wèn)題，在本論文中，我們研究了幾種優(yōu)化光子晶體慢光波導(dǎo)

2、的方法，用平面波展開(kāi)法（PWE）和時(shí)域有限差分法（FDTD）進(jìn)行了仿真，并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行了詳細(xì)的分析，最終得到了寬帶寬、高群折射率、低GVD值的慢光。本論文具體內(nèi)容如下：
　　1.對(duì)慢光的概念及產(chǎn)生方法做了簡(jiǎn)要的介紹；闡述了 PCW產(chǎn)生慢光的機(jī)理以及慢光的特性參數(shù)；給出了PCW慢光的兩種研究方法——PWE和FDTD的計(jì)算原理，針對(duì)這兩種方法詳細(xì)說(shuō)明了波導(dǎo)色散曲線的計(jì)算步驟；總結(jié)了光子晶體慢光波導(dǎo)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀。
　　2.對(duì)

3、正方晶格圓Si柱PCW和三角晶格Si基空氣孔PCW進(jìn)行了對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)通過(guò)減小前者一排介質(zhì)柱的半徑可以獲得更低的群速度；研究了正方晶格圓Si柱PCW的缺陷柱半徑對(duì)慢光特性的影響，發(fā)現(xiàn)隨著缺陷柱半徑的增加，群速度逐漸減小，而帶寬也相應(yīng)變窄；研究了三角晶格Si基空氣孔 PCW中缺陷空氣孔半徑的大小對(duì)慢光特性的影響，分別對(duì)rd>0.3a和rd<0.3a的情況進(jìn)行了討論，發(fā)現(xiàn)隨著缺陷空氣孔半徑的增加，最大群速度呈逐漸減小的趨勢(shì)；給出了不同頻率的

4、光在波導(dǎo)中傳輸時(shí)的能量傳輸圖；通過(guò)兩種PCW的對(duì)比，表明了三角晶格Si基空氣孔PCW在產(chǎn)生慢光方面的優(yōu)越性。
　　3.基于三角晶格 Si基空氣孔 PCW，沿著與波導(dǎo)平行的方向移動(dòng)空氣孔的位置，得到了群折射率為31、帶寬為19.1 nm的慢光；通過(guò)在波導(dǎo)中嵌入溝槽，再沿著與波導(dǎo)垂直的方向移動(dòng)空氣孔，獲得了群折射率為30、帶寬為23.6 nm的慢光；將空氣孔的形狀改變?yōu)闄E圓形，通過(guò)不斷地調(diào)整長(zhǎng)短半軸，最終獲得了群折射率為22.7~35