光子晶体光通信器件的理论模拟及全息制作研究

论文摘要

光子晶体是一种介电常数在空间中周期性分布,而形成明显光子禁带的结构。频率落在禁带范围内电磁波无法在特定方向上传播,这给控制电磁波的传播提供了一个全新的方法。在光子晶体中引入一定的缺陷就能够对电磁波在其中的传播方式进行有效控制,例如光子晶体线缺陷能形成波导而点缺陷能形成微谐振腔,波导和谐振腔的组合又能形成各种滤波器件。基于光子晶体的光子器件具有结构紧凑,易于集成的特点,与传统器件相比较有明显的优越性。本文简要介绍时域有限差分法和平面波展开法,并对完整二维光子晶体以及缺陷态二维光子晶体的能带进行简要分析,包括典型的点缺陷微谐振腔和线缺陷型波导,用COMSOL multiphysics软件对其模场进行了模拟,利用模拟结果对参数进行反馈优化。对于谐振腔和波导组合成的二维光子晶体滤波结构,论文先运用时域耦合模理论对其耦合机制进行分析,然后利用COMSOL multiphysics软件对几种耦合结构进行建模,计算,模拟并与理论进行对比,包括弯曲波导,T型分波器以及直接耦合型的带通滤波器和侧边耦合型的带阻滤波器。分析讨论了基于二维正方晶格光子晶体三端口通道下路滤波器结构和多通道下路滤波器,具有良好的滤波效果,对二维光子晶体在光通信领域的应用具有一定的参考价值。本文还介绍了全息制作光子晶体的理论与制作实验,该制作方式基于多光束干涉原理,让感光材料在全息干涉图样中曝光,使光与物质发生作用,然后经显影、定影,就可以形成介质折射率在空间上周期性变化的有序微结构。这种方法特别适合制作光波范围内的光子晶体。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 光子晶体简介
• 1.2. 本文的选题意义及研究内容
• 1.3 文章的组织结构
• 第二章 光子晶体的理论基础与制作方法
• 2.1 光子晶体的数值计算
• 2.1.1 平面展开法
• 2.1.2 时域有限差分方法
• 2.2 光子晶体在光通信中的应用
• 2.2.1 光子晶体波导
• 2.2.2 光子晶体微谐振腔
• 2.2.3 光子晶体滤波器
• 2.2.4 光子晶体光纤
• 2.2.5 光子晶体超棱镜
• 2.2.6 光子晶体天线
• 2.3 光子晶体的制作
• 2.3.1 精密机械加工技术法
• 2.3.2 微机械技术法
• 2.2.3 胶体颗粒自组织法和反蛋白石结构法
• 2.3.4 逐层叠加法
• 2.3.5 激光全息法
• 第三章 光子晶体缺陷结构的特性研究
• 3.1 光子晶体谐振腔模式模拟
• 3.2 光子晶体波导传输仿真研究
• 3.3 耦合理论及在光子晶体滤波器上的应用
• 3.4 小结
• 第四章 光子晶体滤波器的仿真研究
• 4.1 窄带滤波器分析模拟
• 4.2 光子晶体侧边耦合型带阻滤波器分析模拟
• 4.3 三端口通道下路滤波器设计模拟
• 4.4 多通道下路滤波器设计模拟
• 4.5 小结
• 第五章 激光全息法制作光子晶体
• 5.1 多棱台干涉制作
• 5.1.1 干涉原理
• 5.1.2 理论模拟
• 5.1.3 实验装置与结果
• 5.1.4 实验总结分析
• 5.2 双光纤与三光纤干涉制作
• 5.2.1 实验原理
• 5.2.2 理论计算
• 5.2.3 实验器材与试验装置
• 5.2.4 曝光制作
• 5.2.5 实验总结
• 第六章 论文总结以及展望
• 参考文献
• 读硕士学位期间参加的课题及发表的学术论文
• 致谢