光子晶體波導輸出光分束與準直新結構設計及特性研究.pdf

1、基于光子晶體的禁帶特性和自準直效應開發(fā)的光子晶體線缺陷波導和自準直波導,在光子晶體研究領域中占有非常重要的地位。對于基于光子晶體器件的光集成,光通信以及光傳感技術,光子晶體波導都是最基本的器件,也是設計其它各種光子晶體器件的基礎。在實際應用中,為了更好的把光子晶體波導器件同其它多個光學器件或一個光學器件進行耦合,需要對波導輸出光進行分束或準直。因此,如何實現光子晶體波導輸出光的分束或準直,是光子晶體器件開發(fā)時的一個重要研究方向。本論文把

2、光子晶體線缺陷波導與自準直波導作為研究對象,通過數值模擬與理論分析相結合的方法,探索對輸出光進行分束和準直的方法。
　　采用平面波展開法結合超原胞技術,數值研究了光子晶體-空氣界面以及光子晶體-光子晶體界面的表面模色散關系,得到了光子晶體-空氣界面非耦合表面模特性隨表面修飾介質柱半徑的變化規(guī)律,以及光子晶體-光子晶體界面耦合表面模特性隨表面修飾層之間的距離和表面修飾介質柱半徑的變化規(guī)律。研究結果為本文中表面結構的設計奠定了基礎。<

3、br>　　利用修飾光子晶體輸出表面與引入點缺陷相結合的方法,設計出了一種新型的光子晶體線缺陷波導輸出光分束結構。通過數值模擬與理論分析相結合的方法對修飾輸出表面與引入點缺陷的作用進行了分析。在此基礎上，利用時域有限差分法數值模擬了所設計分束結構的輸出場特性,并研究了輸出空間中光束的數量隨著點缺陷位置的變化規(guī)律。研究結果表明,當點缺陷之間的距離為晶格周期的2n倍時,在輸出空間中出現n束光。利用相干點光源之間的干涉原理對數值研究的結果進行了

4、很好的解釋。此外,還進一步研究了輸出表面上被修飾的介質柱個數對輸出光強度和強度比的影響;研究了次輸出表面層上兩個額外的點缺陷對輸出各光束的增強特性。
　　利用分支波導與附加修飾相結合的新方法,實現了光子晶體線缺陷波導輸出光的分束。利用時域有限差分法對分束現象進行了模擬,并用干涉原理對模擬結果進行了很好的解釋。通過在光子晶體中設計雙分支波導結構,實現了輸出光的1到 N(奇數)分束。系統地研究了N的大小隨雙分支間距與入射光波長之比的變

5、化規(guī)律,并分析了只能實現奇數條分束的原因。通過在雙分支波導結構的一個分支中引入附加修飾的方法,實現了輸出光的1到 M(偶數)分束,對引入附加修飾的作用進行了理論分析。為了說明設計方法的靈活性,又進一步對具有附加修飾的三分支波導結構的輸出場分束特性進行了研究。
　　通過激發(fā)光子晶體-空氣表面波、光子晶體-光子晶體表面波相結合的方法,設計出了一種由表面修飾光子晶體組成的新型復合結構,該結構對不同頻率的入射光,能夠實現光束的T型、Y型和

6、L型傳輸。光束T型和L型傳輸時,輸出光是在光子晶體表面上傳播的?；谠撛O計方法,能夠制作出比傳統的T型和L型波導面積更小的光子晶體表面波波導。用平面波展開法對該新型復合結構的色散關系進行了研究,得到了復合結構實現光束的T型、Y型和L型傳輸時的頻率范圍。用時域有限差分法模擬了光束的T型、Y型和L型傳輸現象,通過對結果分析得到了輸出光強度的變化規(guī)律。
　　提出在光子晶體自準直波導后引入雙層介質柱的新方法,實現了自準直波導輸出光的準直傳