光子晶体耦合谐振腔系统中类EIT效应的理论研究

摘要

在实现全光网络的进程中，要面对的一个难题就是如何实现慢光和光缓存。相比材料色散，利用结构色散引起慢光要更容易实现。光子晶体作为人工周期性介质材料，具有常温下工作，易于制作，不受波长限制等优势，基于光子晶体波导耦合微腔结构来实现慢光已经成为了近年来研究的热点。
　　在本文中，利用硅基光子晶体耦合谐振腔结构产生的光学电磁诱导透明（EIT）效应来实现慢光。首先，对单个光学微腔的性质及其与波导之间的耦合理论进行了探究，为研究类EIT效应提供了基础。接着，采用传输矩阵法求解了类EIT透射谱及延时曲线。相比之前的解耦合波方程法，传输矩阵法免去了复杂的求解过程，能很好地帮助理解类EIT效应以及微腔与波导之间的耦合过程。在此基础上，探究了腔的Q值，两腔之间的谐振波长失谐量Δλ，两腔之间相位差的失谐量ΔΦ与类EIT透明峰之间的关系。还用3D-FDTD的方法对L3腔以及异质结微腔两种腔型与波导耦合的类EIT系统进行了仿真。在对异质结微腔的仿真过程中，实现了在三腔级联系统才能实现的两个波长处的类EIT效应。由于模式大的Qint/Qc比值，每个透明峰保持高透射率的同时，分别对应着比之前的报道要大一个数量级的光学延时。
　　研究为进一步通过不同类型的微腔与波导耦合系统在实验上实现多个波长的类EIT及长光学延时器件提供了理论基础。为将类EIT效应应用于光开关，窄带滤波器，逻辑门等方面提供了方向和支持。

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1 绪论

1.1 研究背景

1.2 慢光的原理

1.3 非线性方法实现慢光及研究进展

1.4 光子晶体波导慢光及研究进展

1.5 耦合谐振腔系统中的类EIT效应及研究进展

1.6 本论文的创新点和章节安排

2 光子晶体微腔

2.1 光学微腔简介

2.2 二维光子晶体平板微腔

2.3 光子晶体微腔Q值的计算与测量方法

2.4 高Q值光子晶体微腔的发展及常见的几种光子晶体微腔

2.5 本章小结

3 类EIT效应及理论分析

3.1 原子系统中的EIT与光子晶体耦合谐振腔中的类EIT

3.2 耦合波方程法分析类EIT及不足之处

3.3 单个微腔与波导的耦合理论

3.4 传输矩阵方法分析类EIT

3.5 本章小结

4 二维硅基光子晶体平板耦合腔系统中类EIT效应的仿真

4.1 FDTD算法简介

4.2 光子晶体缺三腔(L3腔)中的类EIT

4.3 异质结型微腔中的类EIT

4.4 本章小结

5 总结与展望

5.1 全文总结

5.2 不足之处与展望

致谢

参考文献

附录1：攻读硕士学位期间发表的论文目录