磁性光子晶体单向波导实现光延迟的研究

摘要

全光网络是下一代网络的发展方向。全光信号的处理依赖于光延迟、转换和存储光脉冲的能力。如何控制光波的传输速度在学术界掀起了一股研究热潮。光延迟技术在下一代网络中具有重要应用，是实现全光通信的一项关键技术。光子晶体具备结构小、可控性高、损耗低以及特有的禁带结构等特点，在实现光延迟方面展现出了很大的优势。本文将光子晶体波导和光延迟技术相结合，利用两种不同的方式实现了光延迟，包括减小群速度和增加光波传输的距离。另外，研究金属—介质光子晶体的表面模式的耦合和演化规律，旨在为慢光波导的研究提供支持。论文主要工作如下： 1.磁性光子晶体单向波导具有单向传播和抗干扰的属性，能够消除慢光波导的后向散射，实现低损耗传输。本文通过改变单向波导的结构，在磁性光子晶体单向波导的表面设置缺陷，用表面缺陷形成的慢光模式调制单向波导模式的色散。研究色散曲线模式属性，发现奇模比偶模更容易受到边界缺陷的调制。正是这种调制改变了奇模色散曲线的形状和群速度。因此通过改变单向波导两侧介质柱的位置来降低奇模的群速度，获得近零色散的单向慢光波导。 2.将单向边界回路和单向空气波导两者相组合，通过延长光波的传输距离来实现光延迟。这是本文的创新点。对于单向空气波导，奇偶两种模式同时出现在相同的频率范围内，可以通过改变源的位置独立地激发一种模式。单向模式存在相长干涉和单向的特性，这使得单色电磁波能沿着矩形回路边界进行完美传输。通过时域仿真验证，看到光延迟效果非常显著。该复合波导的独特之处在于实现了光延迟、单向传输以及克服散射损耗等复合功能，且能够精确地通过改变矩形回路的数量和长度调制延迟时间。 3.在六角蜂巢晶格的二维金属—介质光子晶体的基础上构造线缺陷波导，可以同时激发介质波导模式和等离子体波导模式。通过调节边缘介质柱的半径控制两种波导模式的激发和转化，并且观察比较这两种模式的群速度、色散以及抗干扰的能力。通过计算发现金属损耗对能带结构没有影响。等离子体波导模式相对于介质波导模式具有更强的拓扑保护特性，且群速度更小，其在研究慢光时存在更多优势，能为以后慢光波导的设计研究提供支持。

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