大入射角磁光光子晶体宽带光隔离器的研究

摘要

光隔离器是一种只允许正向光传输、抑制反向光的无源器件。目前，光隔离器在光电子技术领域中已经成为了不可或缺的关键器件之一。磁光光子晶体是在周期性排列的光子晶体中插入磁光材料作为缺陷层所构成的光子晶体结构，这种结构使磁光光子晶体在具备光子晶体特性的同时还增强了其中磁光介质的法拉第效应。因此，近年来越来越多的科学家开始尝试设计基于一维磁光光子晶体的结构用作法拉第转子，以实现高性能的光隔离。
　　本文中分别设计了两种透射型结构和反射型结构的一维磁光光子晶体宽带光隔离器。其中两种透射型结构以含有5层磁光介质层的一维磁光光子晶体结构作为基本结构进行叠加而得，而两种反射型结构以含有3层磁光介质层的结构为基础，通过叠加反射层并对其各介质层厚度进行优化而得。运用传输矩阵法分析了它们的光隔离性能。计算结果表明，本文所设计的两种透射型结构磁光隔离器在中心波长处均具有接近100％的透射率及45°法拉第旋转角，且均至少可实现3.1nm的宽带光隔离，透射谱的平坦性好，此外当光线入射角在0-6°内时，两种结构均可正常工作。同样的，本文所设计的两种反射型结构的磁光隔离器不仅能够在中心波长处实现近似100%的光线反射率和90°的克尔旋转角，且都具有至少为82nm的光隔离宽度，在此范围内光谱的平坦性更好，此外，当光线入射角小于33.5°时，仍可实现高性能的稳定的光隔离。
　　本文设计的四种基于一维磁光光子晶体的大入射角宽带磁光隔离器，能同时满足在实际运用中光隔离器对光隔离宽度、光谱平坦性及对光线入射角宽容性的需求，在光纤通信、光信息处理系统等领域中具有重要的实用价值。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1.1 磁光光子晶体

1.2 光子晶体简介

1.3 磁光隔离器

1.4 磁光光子晶体光隔离器的研究进展

1.5 本文的主要工作

第二章 一维磁光光子晶体的理论计算

2.1 光子晶体的数值计算方法

2.2 光在一维磁光光子晶体中传播时的传输矩阵

2.3 仿真程序的正确性验证

2.4 本章小结

第三章 透射型大入射角磁光光子晶体宽带光隔离器

3.1 结构S01的光隔离特性分析

3.2 结构S1的光隔离特性

3.3 结构S2的光隔离特性

3.4 光隔离器性能参数对比

3.5 本章小结

第四章 反射型大入射角磁光光子晶体宽带光隔离器

4.1 结构S02的光隔离特性分析

4.2 结构S3的光隔离特性

4.3 结构S4的光隔离特性

4.4 光隔离器性能参数对比

4.5 本章小结

第五章 总结与展望

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文

附录2 攻读硕士学位期间申请的专利

附录3 攻读硕士学位期间参加的科研项目

致谢