光子晶体波导型器件及其在太赫兹技术中的应用

论文摘要

包括二维平面光子晶体波导及光子晶体光纤在内的光子晶体波导在光子晶体领域中占有极其重要的地位。在光子集成、光通讯及光传感等领域,光子晶体波导均有重要应用价值。本论文针对光子晶体波导器件展开研究工作,主要研究了光子晶体波导中的慢光效应、光子晶体多模波导中的自成像效应、基于自成像效应和全禁带效应的偏振分束器、聚合物光子晶体太赫兹波导及椭圆多孔双折射太赫兹波导。研究工作总结如下：(1)研究了两种单光子晶体界面二维介质波导的慢光效应。一种是基于光子晶体禁带约束效应的单光子晶体界面介质波导,由于利用了色散曲线拐点附近具有较低群速色散的位置,该波导具有良好的慢光特性。而另外一种是基于负折射光子晶体,由于利用负折射光子晶体替代左手材料,可以克服左手材料通常面临的高损耗难题。我们对这种负折射光子晶体波导中的慢光特性进行了深入分析,并实现了一种可能用于双波长激光器及放大器的高Q值开放式谐振腔。(2)探讨了光子晶体多模波导中的多模干涉效应及自成像效应。对完全禁带二维光子晶体中的自成像效应进行了初步探索,并首次基于全禁带光子晶体中的自成像效应,提出了一种新颖的具有良好偏振分束性能的光子晶体偏振分束器。该分束器两个输出端口的偏振消光比分别达到了22.9dB和19.2dB。(3)研究了聚合物光子晶体太赫兹波导。包括：1)设计了一种纤芯和包层均为二维空气孔阵列的光子晶体太赫兹波导,并研究了纤芯为椭圆孔阵列的这种光子晶体波导的双折射特性。2)我们首次提出并研究了一种新颖的压缩晶格的椭圆多孔双折射太赫兹波导。该波导具有很高的双折射系数,并且由于空气孔阵列的引入而可以有效降低太赫兹波的传输损耗。(4)实验研究了激光辐照条件下高阻硅对太赫兹波的透射特性,探讨了高阻硅用于波导型太赫兹光电调制器件的可能性。利用特氟龙微细线和微细管制作了几种光子晶体太赫兹波导,并使用太赫兹时域谱系统及返波管连续太赫兹源对光子晶体太赫兹波导的基本传输特性进行了实验表征。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 1.绪论
• 1.1 引言
• 1.2 光子晶体
• 1.3 二维光子晶体波导
• 1.3.1 二维光子晶体波导及其研究现状
• 1.3.2 慢光及光子晶体慢光波导
• 1.3.3 光子晶体多模波导中的自成像
• 1.4 光子晶体光纤
• 1.4.1 光子晶体光纤及其发展
• 1.4.2 光子晶体太赫兹波导
• 1.5 本论文的主要内容及创新之处
• 1.5.1 主要内容及章节安排
• 1.5.2 主要创新之处
• 2.光子晶体慢光波导
• 2.1 引言
• 2.2 慢光原理及基本参数
• 2.2.1 慢光原理
• 2.2.2 评价参数
• 2.3 光子晶体波导中的慢光
• 2.4 单光子晶体界面慢光波导
• 2.4.1 波导结构及色散曲线
• 2.4.2 慢光特性分析
• 2.5 负折射光子晶体慢光波导
• 2.5.1 结构、色散及慢光特性分析
• 2.5.2 波导型高Q开腔
• 2.6 本章小结
• 3.光子晶体波导自成像效应及应用
• 3.1 引言
• 3.2 多模干涉效应及自成像原理
• 3.3 光子晶体多模波导及自成像
• 3.3.1 光子晶体单模及多模波导
• 3.3.2 光子晶体多模波导中的自成像及应用
• 3.4 基于自成像效应的完全禁带光子晶体偏振分束器
• 3.4.1 完全禁带二维光子晶体
• 3.4.2 完全禁带二维光子晶体多模波导中的自成像效应
• 3.4.3 偏振分束器的仿真分析
• 3.5 本章小结
• 4.光子晶体太赫兹波导
• 4.1 引言
• 4.2 光纤及光子晶体光纤双折射的基本原理
• 4.3 纤芯及包层均为空气孔阵列的光子晶体太赫兹波导
• 4.3.1 纤芯为圆形孔阵列的光子晶体太赫兹波导
• 4.3.2 纤芯为椭圆孔阵列的双折射太赫兹波导
• 4.4 椭圆多孔太赫兹双折射波导
• 4.4.1 椭圆多孔太赫兹波导的结构
• 4.4.2 导波机制及计算方法
• 4.4.3 双折射特性分析
• 4.4.4 模场分布及损耗特性分析
• 4.5 本章小结
• 5.光子晶体太赫兹波导的制备及测试
• 5.1 引言
• 5.2 波导材料太赫兹频段折射率的测量
• 5.2.1 返波管连续太赫兹波频谱系统
• 5.2.2 折射率及吸收系数测量原理
• 5.2.3 几种波导材料折射率的测量结果
• 5.3 基于硅材料的光调制太赫兹波实验
• 5.4 光子晶体太赫兹波导制备及表征
• 5.4.1 光子晶体太赫兹波导制备方法简述
• 5.4.2 光子晶体太赫兹波导实验表征
• 5.5 本章小结
• 6.总结与展望
• 参考文献
• 作者简历
• 攻读博士期间发表的论文