二维光子晶体多通道滤波器的设计

摘要

不同介电常数的材料在空间中周期性排列形成的光子晶体，具有光子禁带和光子局域两大主要特性。利用这些特性，在光子晶体结构中引入点/线缺陷，能够制作出易于大规模集成的高性能、低损耗和微尺寸的光学器件。本文研究了波导、微腔和环形谐振腔等基本结构，并结合几种结构的耦合特性，设计和优化了多通道光子晶体滤波器。
　　首先，研究光子晶体波导的结构特性，利用平行波导实现光波的耦合，并结合耦合长度对不同光波具有选择性等特点，设计了三通道平行波导滤波器。在此基础上，增加入射端介质柱密度降低光波反射，调节耦合介质柱半径降低光波散射，从而进一步提高滤波器工作效率。优化之后，1310nm、1490nm和1550nm透射率分别是82.4％、91.2%和76.6%。这种方式设计的三通道滤波器结构简单，尺寸为400.5μm2，但是各通道间串扰比较大，造成1550nm波长的透射率只有76.6%。
　　其次，研究了光子晶体微腔的结构特性，利用微腔和波导实现光波的耦合，并结合微腔谐振波长带宽窄等特性，设计了三通道微腔滤波器，1400nm、1490nm和1550nm透射率分别是88.9%、90.8%和82.2%。微腔耦合方式设计的三通道滤波器尺寸为153.8μm2，传输效率也比平行波导耦合方式高，设计方式更灵活，但是随着微腔数目的增加，增大了各通道间的串扰，也造成单通道透射率降低，不利于多通道之间的大规模集成。
　　最后，分析了环形谐振腔的结构特点，利用其与波导实现光波耦合，并结合其多模特性以及谐振波长带宽窄的特点，设计的三通道环形谐振腔滤波器，透射率全部达到96%以上，尺寸为270.6μm2；在此基础上增加到五通道滤波器，信道间距为8nm，透射率也全部在92%以上，尺寸只增加了65.3μm2。环形谐振腔耦合方式设计的多通道滤波器效率高、尺寸较小、易于扩展，同时还能减小平行波导耦合和微腔耦合由于通道个数增加带来的串扰增加，可调谐性好。

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1 绪论

1.1 光子晶体简介

1.2 滤波器的基本结构

1.3 光子晶体滤波器的研究现状

1.4 理论分析与研究方法

1.5 本文课题的提出与研究内容

2 多通道平行波导滤波器的设计

2.1 光子晶体波导的结构

2.2 光子晶体波导耦合特性研究

2.3 三通道平行波导滤波器的设计

2.4 三通道平行波导滤波器的优化

2.5 本章小结

3 多通道微腔滤波器的设计

3.1 光子晶体微腔的结构

3.2 光子晶体微腔的特性研究

3.3 三通道微腔滤波器的设计

3.4 三通道微腔滤波器的优化

3.5 本章小结

4 多通道环形谐振腔滤波器的设计

4.1 光子晶体环形谐振腔结构

4.2 光子晶体环形谐振腔的滤波特性分析

4.3 三通道环形谐振腔滤波器的设计

4.4 五通道环形谐振腔滤波器的设计

4.5 本章小结

5总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

致谢

参考文献