论文摘要
本文从理论分析和数值模拟两个方面研究非对称约束的光子晶体缺陷的透射特性；特别地，作为此类结构的一个重要应用，分析了存在Kerr非线性效应时缺陷结构的透射特性变化，并将它应用到实现透射单向性的问题上。首先根据时间耦合模理论，仔细推导了非对称约束的光子晶体缺陷的透射公式。通过分析我们发现：在时间耦合模理论的框架内，可以用对称约束情形的参数来描述非对称约束情形的透射特性。事实上，非对称约束时的参数是约束程度不同的两个对称约束结构的相关参数的简单组合。因此，只对各种对称约束的缺陷结构进行模拟计算，测出它们对于两侧耦合波导的衰减率及缺陷内部衰减率，用这些参数进行适当处理就可以得到各种非对称约束缺陷结构的缺陷模共振频率、质量因子和共振透射率等量，从而能够准确地描述非对称约束的缺陷结构的透射特性。由于对称约束缺陷结构的有关参数容易得到，因而使非对称约束的缺陷结构的研究节省了大量的计算时间。光学非线性效应和器件结构的不对称是导致单向透射性的主要原因，两者缺一不可。有鉴于此，在掌握了非对称约束缺陷结构的线性透射特性的基础上，我们结合微扰论方法，研究了具有Kerr非线性折射率效应的非对称约束的单缺陷结构，得到了单个光子晶体缺陷结构的非线性透射率公式。进一步地，我们研究了缺陷结构的单向透射性问题，发现缺陷结构的特征功率与入射方向相关是造成单向透射性的主要原因。同时也发现，单缺陷结构的单向透射性程度不高，其透射对比度存在一个理论上限。理论分析与模拟实验的结果完成一致。我们的研究结果对基于光子晶体缺陷结构的全光二极管的开发、设计具有重要的指导作用。