基于自准直光束干涉的二维光子晶体器件研究

摘要

光子晶体具有色散关系多样性，能够在与工作波长可比拟的尺度范围内实现对光传输的多样控制，因而对于光学器件的小型化和集成化有着重要作用。目前光子晶体正处于理论试验研究向应用转化的关键时期，各种新型的光子晶体器件相继问世。 本论文基于MTT开发的免费FDTD软件包MEEP进行数值计算，围绕光子晶体色散性质，提出和设计了四种利用自准直干涉效应的新型二维光子晶体器件，深入分析了它们的光学特性并探讨了其在光通讯和光集成中的潜在应用。本文的设计和模拟结果为基于自准直效应的光子集成芯片器件提供了新的设计思路和依据。 本论文的研究工作和主要成果如下： 1.运用自准直原理，设计了非对称Maeh-Zehnder干涉仪，数值分析了其透射谱的特性。两个输出端口的透射谱呈正弦形且几乎互补，并随着两干涉臂的臂长差增加而向低频移动，这就为波分解复用器或interleaver提供了潜在的应用。 2.设计了基于自准直效应的Michelson干涉仪并数值分析了其透射谱的特性。透射谱随两干涉臂的臂长差增加而向低频移动，峰值间距非线性减小，说明该干涉仪可用于interleaver或衰减器。 3.设计了基于自准直效应的Fabry-Perot干涉仪并数值分析了其透射谱的特性。从透射谱的变化可以很明显地看出，影响其透射谱的因素有两个：共振腔的腔长和反射镜的反射率。分析可知该干涉仪能够用于滤波器。 4.运用自准直原理，设计了Michelson传感器。对于宽频的光脉冲，由其透射谱可以得到随着传感区域的折射率的增大，透射峰向低频移动，由此得到的该传感器的灵敏度最高达到120nm/RIU。传感器的传感模拟通过单频光入射实现。 本文的新意是：首次提出并设计了基于自准直效应的二维光子晶体非对称Mach-Zehnder干涉仪、Michelson干涉仪、Fabry-Perot干涉仪以及Michelson传感器，并数值分析了它们的透射谱及其影响因素并由此分析了器件的潜在应用。

目录

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摘要

中文文摘

第1章绪论

1.1光子晶体简介

1.2光子晶体的制作

1.3二维光子晶体研究

1.4本文的主要研究内容

第2章光子晶体的数值分析方法

2.1平面波展开法计算光子晶体能带结构

2.2时域有限差分法(FDTD)

2.3小结

第3章光子晶体自准直效应

3.1光子晶体自准直现象及原理

3.2两种基于光子晶体自准直效应的分束器实现

3.3 小结

第4章二维光子晶体自准直干涉仪的设计与分析

4.1非对称Mach-Zehnder干涉仪(AMZI)的设计与分析

4.2 Michelson干涉仪(MI)的设计与分析

4.3 Fabry-Perot干涉仪(FPI)的设计与分析

4.4小结

第5章自准直Michelson传感器的设计与分析

5.1自准直Michelson传感器(MS)的设计

5.2 MS的分析

5.3小结

第6章结束语

参考文献

攻读学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢

个人简历