缺陷效应对光子晶体波导透射率的影响

摘要

光子晶体是拥有光子带隙的新型光学材料。因为它能与现有的半导体材料和工艺很好地结合，在未来的通信和光电集成行业具有巨大的应用前景，极有可能成为未来光子产业的基础材料。 如果破坏光子晶体原有晶格的平移对称性或单元的几何、物理特性，其带隙必然发生变化。按照空间结构的不同，通常将孤立的缺陷称为点缺陷；一维连续分布的缺陷称为线缺陷；二维连续分布的缺陷称为面缺陷。由于缺陷的引入，在完好的光子晶体的带隙中将产生局域缺陷态，进而由此使得光子晶体波导成为可能。 本文采用有限时域差分法对光子晶体波导进行了研究。首先讨论了一维直光子晶体波导微腔谐振态的传输特性。通过改变晶体圆柱的形状和介质对比度，有效且有规律的提高了TE模式下谐振态的传输透过率。 本文还引入了一种新的错位缺陷效应并将其应用于二维耦合光子晶体波导中。实现了TM模式下局域电磁光波在二维锐角耦合光子晶体波导的有效传输，使得在全平面弯折光波成为可能。适当的缺陷错位保证了高的微腔耦合效率和光波在弯折波导中的传输透过率。同时，不同程度的缺陷错位，又使得光波沿不同方向弯折。

目录

文摘

英文文摘

声明

致谢

1 引言

2 光子晶体简介

2.1 光子晶体概念

2.2 光子晶体特性

2.3 光子晶体应用

2.3.1 光子晶体微腔谐振

2.3.2 光子晶体光波导

2.3.3 光子晶体在光纤中的应用

2.3.4 光子晶体小型微波天线

2.3.5 光子晶体高性能反射镜

2.4 本论文的工作

3 光子晶体的理论研究方法

3.1 平面波展开方法

3.1.1 平面波展开方法的特点

3.1.2 二维光子晶体能带计算

3.2 有限时域差分法(FDTD)

3.2.1 FDTD特点

3.2.2 Yee元胞

3.2.3 FDTD算法

3.3 其他理论方法

3.4 本章结论

4 一维光子晶体波导透射率与散射子形状及介质对比度的关系

4.1 引言

4.2 计算模型及公式

4.3 结果与讨论

4.3.1 改变波导介质的情况

4.3.2 改变中心空气柱介质的情况

4.3.3 改变中心空气柱半径的情况

4.4 本章结论

5 错位缺陷效应对光波在二维光子晶体锐角耦合腔波导中传输的影响

5.1 引言

5.2 63.5°弯折耦合腔波导

5.3 新型错位缺陷

5.3.1 63.5°可调谐弯折耦合腔波导

5.3.2 45°可调谐弯折耦合腔波导

5.3.3 56.3°可调谐Z型弯折单信道耦合腔下载滤波器

5.4 本章总结

6 结论

参考文献

作者简历