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文檔簡介
1、隨著微納技術和集成光路的發(fā)展,周期性的微結構作為一種新型的光學器件,也在不斷地發(fā)展和完善,并同其它器件一起,已經(jīng)成為全光通信網(wǎng)絡和光電探測設備的重要組成部分。作為該類光學器件的代表,一維光子晶體和一維平板光柵都在局部光學增益、光限制、光開關、光邏輯門以及濾波器等領域表現(xiàn)出優(yōu)異的特性。本文考慮了周期性結構對光束的不同調制特性,從光束與周期結構不同的作用方式出發(fā),首先研究光束在傳播方向受到調制的情況,即在一維光子晶體里的線性及非線性傳輸特性
2、;再到光束在非傳播方向受到調制的情況,即在一維光柵結構中的傳播;最后再研究光束在兩個方向都受到調制的情況,將一維平板光柵的衍射理論拓展到多層結構乃至二維光子晶體結構的領域。主要的研究內容包括:
(1)利用傳輸矩陣法,分析了周期光子晶體的周期數(shù)目、兩種介質光學厚度的比值、入射光角度、偏振態(tài)以及介質折射率比值對光子晶體光傳輸特性的影響,分析了光子禁帶形成的物理機制;然后我們分析了缺陷光子晶體的透射譜及缺陷態(tài)對缺陷層的厚度、兩側
3、光子晶體的基本周期數(shù)目和周期部分材料折射率比值的依賴性;最后分析了缺陷光子晶體內部的光學增強效應。
(2)在測量薄層介質的Z掃描理論基礎上,我們提出了一維非線性光子晶體的理想Z掃描分析理論。我們分析了周期性非線性光子晶體的開孔Z掃描曲線和閉孔Z掃描曲線,以及光學增益和誘導吸收對它們影響;分析了一維缺陷非線性光子晶體的Z掃描曲線特性,結果顯示,在缺陷模式附近,缺陷層的非線性光學性質對Z掃描結果起決定性的作用。我們還分析了缺陷
4、層的厚度及其非線性系數(shù)對開孔和閉孔Z掃描結果的影響;最后我們提出一種由厚度較大的非線性體材料和一維光子晶體構成的復合光限制器結構,利用后向分步積分法,我們研究了這種復合結構的線性傳輸和非線性光限制特性。
(3)從光柵嚴格耦合波分析方法(Rigorous coupled-wave approach,RCWA)出發(fā),再結合介電常數(shù)不連續(xù)分布情況下的傅里葉變換中的倒數(shù)規(guī)則(Inverse
rule),給出電介質矩形
5、光柵的衍射效率計算理論。然后我們提出了一種在斜入射時,能使TM模式的偏振光產(chǎn)生反射增強的濾波器結構。利用嚴格耦合波分析方法,我們對其反射光譜進行了研究,在800nm的波長附近,得到了很好的濾波效果。
(4)在TM模式下,我們對特殊形貌光柵的衍射效率收斂性較差的問題進行了討論。介紹了按照光柵表面輪廓對電場進行切向和法向分解的方法,并將該方法與矩形光柵的快速傅里葉因子分解法進行了對比計算,得到了較好的結果。我們還將單層圓柱形光
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