FDTD模拟光波在二维光子晶体中的传播

论文题目: FDTD模拟光波在二维光子晶体中的传播

论文类型: 硕士论文

论文专业: 物理电子学

作者: 张烜

导师: 张明德

关键词: 光子晶体,光子晶体光纤,禁带,平面波展开法,时域有限差分,光纤色散

文献来源: 东南大学

发表年度: 2005

论文摘要: 光子晶体是一种新型的光学材料,能完美地控制光波在其中的传播。研究光子晶体的结构及与光子的相互作用在基本物理和材料科学上均有重大意义。利用光子晶体能制作出各种性能优良的光器件,并且非常适合高度集成,在高速信息的处理和传输领域有极其广泛的应用前景。本文对光子晶体波导器件和光子晶体光纤的传输特性进行了深入的研究。第一章对光子晶体波导和光子晶体光纤的基本概念以及国内外的研究现状,特别是对它们的光学特性、制造工艺和应用前景进行了介绍。第二章介绍本文研究工作的理论基础和分析模型。首先推导了平面波展开(PWE)法计算光子晶体带隙结构的公式,然后建立了利用时域有限差分(FDTD)法模拟光波在光子晶体中传播的基本模型,最后建立了光子晶体光纤的波动理论模型并推导了标量求解该模型解的完整算法。在第三章中,利用第二章建立的物理模型,对光子晶体波导器件的性能进行了计算模拟。对直角转弯波导的模拟显示,实现了光波的无损耗传输;对平行波导耦合结构的模拟结果表明:仅经过12个耦合周期,耦合效率可高达98%。这些波导结构尺寸紧凑,传输耦合效率高,在光子集成器件中有很大的应用前景。第四章建立了全反射型光子晶体光纤的传输模型,并计算了该种光纤的模场分布、数值孔径、色散特性,并对某些结构参数的光子晶体光纤特性进行了模拟,对这种光纤的设计具有一定的参考价值。第五章对光子晶体光纤的应用进行了初步的研究,包括全波长单模光纤、大有效面积传输光纤、平坦色散光纤和大负色散光纤等。

论文目录:

摘要

Abstract

第一章绪论

1.1 光子晶体结构

1.2 光子晶体带隙

1.3 光子晶体的制备

1.3.1 机械加工法

1.3.2 半导体微制造法

1.3.3 自组装法

1.3.4 激光全息光刻法

1.3.5 双光子聚合法

1.4 光子晶体的应用

1.4.1 光子晶体光纤

1.4.2 二维光子晶体器件

第二章理论模型

2.1 平面波展开法

2.2 时域有限差分法

2.2.1 二维直角坐标系中的FDTD 差分格式

2.2.2 FDTD 中的边界条件

2.3 光子晶体光纤中的光纤传输方程

2.4 本章小结

第三章光子晶体波导器件的性能模拟

3.1 光子晶体带隙结构计算

3.2 光子晶体器件的特性模拟

3.3 本章小结

第四章全内反射型光子晶体光纤特性的模拟

4.1 模场分布

4.2 模场直径

4.3 色散特性

4.4 本章小结

第五章光子晶体光纤的应用研究

5.1 禁带型光子晶体光纤的特性模拟

5.2 全波长范围的单模光子晶体光纤

5.3 有效面积可大可小的光子晶体光纤

5.4 色散平坦的光子晶体光纤设计

5.5 用单模光子晶体光纤进行色散补偿

5.6 本章小结

第六章总结

参考文献

致谢

发布时间: 2007-06-11

参考文献

[1].光子晶体微谐振腔的理论研究与性能分析[D]. 谢东华.吉林大学2006
[2].光子晶体全光开关的设计与研究[D]. 夏全.南昌大学2013
[3].外磁场调制下一维磁性光子晶体的传输属性[D]. 徐青松.江苏大学2017
[4].基于多模硅光子晶体纳米梁的光学带阻滤波器[D]. 揭坤.华中科技大学2016
[5].非线性光子晶体的动力学特性及其器件应用[D]. 周辉.汕头大学2006
[6].基于全息光刻法的红外光子晶体薄膜的研制[D]. 夏侯命玖.南昌航空大学2016
[7].基于光子晶体的电光调制器设计与性能研究[D]. 张艳红.北京邮电大学2014
[8].光子晶体的数值计算与近红外波段实验研究[D]. 张晓帆.天津大学2004
[9].二维光子晶体缺陷结构的滤波特性分析与研究[D]. 赵春齐.兰州交通大学2017
[10].光子晶体偏振模式耦合特性研究[D]. 王建锋.清华大学2006

FDTD模拟光波在二维光子晶体中的传播

猜你喜欢