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硅光子晶体槽波导的光传输特性研究

2020-12-08阅读(258)

硅光子晶体槽波导的光传输特性研究

论文摘要

光子晶体(PhC)是一种人工新结构,该结构的特点是其折射率呈周期性分布,存在光子带隙是光子晶体最突出的特征,频率处于带隙范围内的光不能在其中传输,基于该特性,人们提出了很多用光子晶体结构来控制光波传输的新方法,很多光子晶体器件也随之诞生,比较常见的有光子晶体波导、光子晶体光纤等等。其中光子晶体波导(PCW)是本文研究的重点,通过在完整结构中引入线缺陷即可得到,新增的线缺陷会破坏光子晶体本身的周期性特征,使得原本处于光子带隙中的光波能够在线缺陷位置传输。如果再在线缺陷位置引入一槽型通道,即可得到槽光子晶体波导,处于光子带隙中的光波就可以在低折射率的槽中传输。而硅材料因为具有高的折射率、优秀的非线性特性以及与CMOS工艺兼容等优秀特性,使得硅基器件在集成光学方面具有很好的发展前景。本文基于硅材料,通过结合光子晶体波导和普通的槽波导设计了一种硅光子晶体槽波导,并对其传输特性进行了研究。本文的主要内容如下:1.分析完整光子晶体平板的能带结构并确定合适的结构参数。利用RSOFT软件的BandSOLVE模拟器,基于平面波展开法计算得到光子晶体平板的能带结构。根据能带情况,选取光子晶体的晶格类型、平板厚度以及孔径大小,从而确定合适的结构参数,最终参数为:晶格类型为三角晶格,平板厚度为0.6a,空气孔半径为0.43a,分析模式为偶模。2.引入缺陷并分析缺陷模式。确定完整光子晶体平板的参数以后,先去掉一排空气孔形成线缺陷波导,然后在线缺陷位置引入槽通道,形成槽波导,通过对缺陷波导采用全域分析方法,得到波导的缺陷模结构及场分布情况。然后改变缺陷位置及附近位置的结构参数,观察缺陷模的结构变化及场分布情况的变化,并对慢光效应进行了简要分析。3.传输仿真。利用FullWAVE模拟器,基于时域有限差分法分别仿真了1550nm的信号光在线缺陷波导和槽缺陷波导中的传输情况。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 1 绪论
  •   1.1 课题提出的背景及意义
  •   1.2 硅光子学简介
  •   1.3 光子晶体结构概述
  •     1.3.1 光子晶体概念、结构及特性
  •     1.3.2 二维平板光子晶体介绍
  •   1.4 光子晶体的应用及制备方法
  •     1.4.1 光子晶体的应用
  •     1.4.2 二维光子晶体制备方法
  •   1.5 光子晶体槽波导
  •   1.6 本论文主要内容
  • 2 光子晶体的理论
  •   2.1 光子晶体结构与晶格
  •   2.2 数值分析方法
  •   2.3 全域带隙基本理论
  •   2.4 仿真软件RSOFT简介
  •   2.5 本章总结
  • 3 结构设计
  •   3.1 平板光子晶体的结构选取
  •     3.1.1 硅平板光子晶体能带结构分析及参数选取
  •     3.1.2 聚合物平板光子晶体能带结构分析
  •   3.2 光子晶体平板带隙结构
  •     3.2.1 硅光子晶体平板带隙分析
  •     3.2.2 聚合物光子晶体带隙分析
  •   3.3 本章总结
  • 4 硅槽波导模式分析
  •   4.1 波导模式分析
  •     4.1.1 完整光子晶体模式分析
  •     4.1.2 缺陷光子晶体模式分析
  •   4.2 槽宽度对波导模式的影响
  •   4.3 槽两侧临近孔半径对波导模式的影响
  •   4.4 慢光效应
  •   4.5 缺陷模传输仿真
  •   4.6 本章总结
  • 结论
  • 参考文献
  • 致谢

    • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 李春燕

    导师: 李淑凤

    关键词: 光子晶体,硅光子学,平板波导,槽波导,缺陷模

    来源: 大连理工大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑,信息科技

    专业: 物理学,物理学,化学,无线电电子学

    单位: 大连理工大学

    分类号: O734;TN252

    DOI: 10.26991/d.cnki.gdllu.2019.002125

    总页数: 56

    文件大小: 3127K

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