基于光子晶体波导和腔耦合的光单向传输结构的设计与性能分析

发布时间：2025-04-26 23:40

　　在光通信系统中,为了确保光学系统的稳定以及避免反射光对有源器件正常工作的影响,在光路中设置光波单向传输器是很有必要的。光子晶体是一种由不同介电常数的材料在空间中周期排列而成的人工材料,具有光子禁带和光子局域特性,可用于制备光单向传输结构。目前的方法是在光子晶体中加入非线性材料或磁性材料形成光子晶体单向传输器件,利用非线性材料的非线性效应或者磁性材料的旋光效应来实现单向性的。但是前者需要高功率的入射光产生非线性效应,后者需要外界磁场的作用实现旋光,在实际应用中两种方法都不是很便利。为避免以上两点,本文从破坏光传输路径的空间对称性出发,利用模式的匹配性来设计、研究光的单向传输结构,并根据单向传输特性对结构进行优化。运用COMSOL和Rsoft软件进行结构的仿真设计和光学调制特性的分析。按照结构中高介电常数区域的分布可将光子晶体分为柱型和孔型。本文首先对柱型光子晶体分别按照正方格子和三角格子进行光单向传输结构设计与分析,介质柱为硅,背景材料为空气。然后对孔型三角格子光子晶体的光单向传输结构进行设计和分析。基于柱型正方格子光子晶体的光单向传输结构所选用的晶格常数a=631.7nm,介质柱半径r=...

【文章页数】：63 页

【学位级别】：硕士

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摘要
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第一章 绪论
    1.1 课题研究的背景及意义
    1.2 光单向传输结构的研究现状
    1.3 光子晶体的基本理论研究方法
        1.3.1 平面波展开法
        1.3.2 传输矩阵法
        1.3.3 时域有限差分法
        1.3.4 有限元法
    1.4 光子晶体的制备技术
        1.4.1 机械打孔法
        1.4.2 半导体工艺法
        1.4.3 微细加工法
        1.4.4 胶体自组装法
    1.5 论文结构安排
第二章 二维光子晶体中的缺陷模式分析
    2.1 完美二维光子晶体的结构介绍和能带分析
        2.1.1 柱型正方格子完美光子晶体的结构介绍和能带分析
        2.1.2 柱型三角格子完美光子晶体的结构介绍和能带分析
        2.1.3 孔型正方格子完美光子晶体的结构介绍和能带分析
        2.1.4 孔型三角格子完美光子晶体的结构介绍和能带分析
    2.2 基于二维光子晶体的波导结构设计与模式分析
    2.3 基于二维光子晶体的腔结构设计与模式分析
    2.4 本章小结
第三章 柱型光单向传输结构的设计与分析
    3.1 正方格子柱型光单向传输结构设计与分析
        3.1.1 光子晶体能带分析
        3.1.2 波导和腔的设计
        3.1.3 二维光子晶体结构的仿真结果和分析
        3.1.4 正方格子柱型光单向传输结构的渐变型波导设计与分析
    3.2 三角格子柱型光单向传输结构设计与分析
        3.2.1 光子晶体能带分析
        3.2.2 波导和腔的设计
    3.3 本章小结
第四章 孔型光单向传输结构的设计与分析
    4.1 三角格子孔型光单向传输结构设计与分析
        4.1.1 光子晶体能带分析
        4.1.2 波导和腔的设计
        4.1.3 二维三角格子孔型光子晶体单向传输结构的仿真结果和分析
    4.2 本章小结
第五章 总结与展望
    5.1 全文总结
    5.2 展望
参考文献
附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文
致谢



本文编号：4041543