光子晶体不同比例多通道分束器的优化设计与仿真

摘要

光子晶体是一种介电常数随空间周期性变化的新型光学微结构材料，正是这种周期性结构的存在，使得运动的电子受到周期势场的布拉格散射，从而形成能带结构，带与带之间可能存在带隙。由于光子带隙的存在，光子晶体能够很好的控制光子的运动，使其成为光通信，光电集成的首选材料。所以，近年来，光子晶体成为学者们研究的热门对象。本文主要是研究柱缺陷对光子晶体波导传输性能的影响，通过在光子晶体不同位置引入柱缺陷，改变缺陷的半径大小来实现，并在此基础上设计了光学分束器与光学逻辑器件。 利用时域有限差分法，在T型光子晶体波导内引入缺陷，改变介质柱缺陷半径的大小、位置来研究T型光波导两个输出端口的透射率。得到了引入对称缺陷的透射谱，以及引入非对称缺陷时两输出端透射比随波长的变化关系，不同输出通道最大透射比达到八比一。结果表明引入柱缺陷可以改变光波导的透射率，很好的控制光的传播，研究结果对光通信用光分束器和多路光分复用器的设计有着一定的理论指导意义。 通过在光子晶体波导中引入柱状缺陷，我们设计了两种类型四通道和六通道的光学分束器，并使分束器最终得到的透射率成一定的比例，我们利用时域有限差分方法(FDTD)对其进行了模拟仿真。结果表明，利用柱缺陷可以改变光的传输特性的特点，可以获得透射率成比例的光学分束器。本研究对光集成电路设计有着重要理论意义。 我们还利用二维光子晶体波导设计了XOR光学逻辑器件，为了验证我们的设计方案，我们使用时域有限差分法(FDTD)模拟光波在非对称波导内的传播。仿真结果表明，该优化设计可以实现光学逻辑XOR，这个设计可以适用于光子集成电路。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 国内外光子晶体波导的研究现状

1．3 光子晶体波导的特性

1．4 光子晶体波导的应用

1．4．1 波分复用器

1．4．2 光子晶体波导滤波器

1．4．3 光子晶体波导逻辑器件

1．5 本文的研究意义与主要研究内容

1．5．1 本文的研究意义

1．5．2 本文的主要内容

参考文献

第二章 光子晶体的理论研究方法

2．1 平面波法(PWE)

2．2 传输矩阵法(TMM)

2．3 时域有限差分法(FDTD)

2．3．1 FDTD的特点及其发展

2．3．2 Yee元胞

2．3．3 直角坐标系中FDTD算法

参考文献

第三章 二维光子晶体波导传输特性的研究

3．1 引言

3．2 T型光子晶体波导的传输特性研究

3．2．1 T型波导的模型设计

3．2．2 无缺陷时T型波导的FDTD仿真模拟

3．3 缺陷介质柱对T型二维光子晶体波导传输性能的影响

3．3．1 对称柱缺陷对T型二维光子晶体波导传输性能的影响

3．3．2 非对称柱缺陷T型二维光子晶体波导传输性能的影响

3．4 Y型光子晶体波导的传输特性研究

3．4．1 无缺陷时Y型光波导的传输特性研究

3．4．2 分叉角度对光子晶体波导的性能影响

3．5 本章小结

参考文献

第四章 不同比例多通道光子晶体分束器的研究

4．1 引言

4．2 鱼叉型光子晶体分束器的传输特性的研究

4．3 缺陷对鱼叉型光子晶体分束器透射特性的影响

4．3．1 存在缺陷时鱼叉型分束器的透射特性研究

4．3．2 缺陷对Y型分束器的性能影响

4．4 两种类型的光子晶体多通道分束器输出特性研究

4．4．1 光子晶体四通道分束器输出特性研究

4．4．2 两种光子晶体六通道分束器输出特性研究

4．5 本章小结

参考文献

第五章 光子晶体波导逻辑器件的设计与研究

5．1 引言

5．2 光子晶体设计逻辑器件异或门

5．2．1 光子晶体异或门的理论

5．2．2 光子晶体波导异或门的结构设计

5．2．3 光子晶体异或门的模拟仿真

5．3 本章小结

参考文献

第六章 总结与创新点

6．1 全文总结

6．2 创新点

发表文章情况

致谢

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