光子晶体低色散波导的研究.pdf

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1、分类号密级注1UDC学位论文光子晶体低色散波导的研究（题名和副题名）张翔（作者姓名）指导教师姓名朋汉林副研究员电子科技大学成都（职务、职称、学位、单位名称及地址）申请专业学位级别硕士专业名称光学工程论文提交日期2012.04论文答辩日期2012.05学位授予单位和日期电子科技大学答辩委员会主席评阅人2012年月日注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，

2、也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。签名：日期：年月日论文使用授权本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后应遵守此规定）签名：导师签名：日期：年月日万方数据摘要摘要介电常数周期性

3、排列的人工微结构——光子晶体能够利用其独特的能带结构有效的控制光在空间中的传输。慢光效应正是光子晶体控光特性的力证。受周期性散射元的强烈调制，光子晶体波导中的光信号不仅实现了慢光模式传输，同时也产生了强烈的群速度色散，导致慢光模式下的光信号发生明显的波形畸变和脉宽展宽，信号中加载的信息无法得到正确的辨识。综上所述，降低甚至消除慢光传输过程中强烈的群速度色散对未来光子晶体在全光网络中的实际应用意义重大。针对上述问题，本论文的主要工作安排及研究成果如下：1．首先详细的阐述了光子晶体能带分析和时域仿真中应用的核心算法：平面波拓展法和时域有限

4、差分法。在理解核心算法的基础上进一步分析了光子晶体波导中三个重要晶格参数——有效折射率、空气孔半径及空气孔位置对能带结构的影响，详细分析了有效折射率的增大，空气孔半径的变化及其位置的外移对能带结构的影响。2．首先介绍了异质结型（PN）光子晶体低色散波导的定义及其色散补偿原理。然后分别分析了P（Positive）型光子晶体波导的色散特性和N（Negative）型光子晶体波导的色散特性，研究表明随着第二排空气孔半径的变化，不仅色散曲线形态发生改变，截止频率也会随着空气孔半径的变化而变化。通过分析它们的色散特性确定色散补偿的范围为1547.

5、6nm-1552.5nm，且等效群速度为25。最后通过时域仿真验证了异质结型光子晶体波导的低色散特性，输出脉冲仅产生5.3%的展宽，且群速度理论值与仿真验证值基本一致。针对直接耦合型异质结光子晶体低色散波导传输效率低的问题，设计了PLN型光子晶体低色散波导，通过添加线性段缓解群折射率失配从而明显提高耦合传输效率，传输系数提高了63.2%。3．归纳总结了现有文献资料所提供的线性光子晶体低色散波导设计方法，分别是改变散射元半径，调整散射元形态，调节散射元位置和控制波导宽度。在此基础上提出新型线性光子晶体低色散波导设计方法，通过外移空气孔及

6、改变空气孔半径引入线性能带。详细的分析了空气孔的平移距离与孔径大小对能带产生的影响，发现外移空气孔将引入线性能带，而空气孔半径控制群速度值与低色散带宽。最后选择具有6nm低色散带宽的光子晶体波导作为实例进行时域仿真，仿真I万方数据摘要验证了新型线性光子晶体波导的低色散特性，输出脉冲仅产生3.9%的展宽，且群速度理论值与验证值基本一致。关键词：光子晶体，低色散波导，色散补偿，线性能带II万方数据ABSTRACTABSTRACTPhotonicCrystal,anartificialmicro-structurewithdielectri

7、cconstantperiodicarranged,caneffectivelycontrolthelightpropagationforitsuniquebandstructure.Slowlightisapowerfulproofthatitsabilitytocontrolthelightpropagation.Beingstronglymodulatedbyscatteringcellarrangedperiodic,theopticalsignalachievesslowlightpropagation,meanwhilei

8、talsoinducesseveregroupvelocitydispersionthatwillresultwaveformdistortionandtime-widthbroadening.Theinformatio