光子晶体波导慢光效应的理论分析

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1、第32卷第4期延安大学学报(自然科学版)Vo1．32No．42013年l2月JournalofYananUniversity(NaturalScienceEdition)Dec．2013DOI：10．3969／J．ISSN．1004—602X．2013．04．022光子晶体波导慢光效应的理论分析吕淑媛(西安邮电大学电子工程学院，陕西西安710121)摘要：介绍了光子晶体慢光技术相对其他实现慢光的技术特点。通过Kramer8一Kronig关系分析讨论利用光子晶体波导产生慢光的机理，在此基础上总结出利用光子晶体实现慢光的三种物理机制即：布里渊区边界上的别向波和反射波的

2、布拉格共振效应；全反射效应；介导导模和带隙导膜之间反向交叉点处的反交叉共振效应。关键词：光子晶体慢光；Kramers—Kronig关系；共振中图分类号：TN252文献标识码：A文章编号：1004—602X(2013)04—0022—03“慢光”，顾名思义就是利用各种方法和手段减1慢光的产生原理慢光的速度，使得光脉冲传播的群速度远远小于光在真空中的传播速度c。慢光技术由于其在光缓一般而言，光的传播速度可以分为单一频率光存，光计算，光延迟线的应用而受到众多研究者的广波传播的相速度和许多光波频率组成的光波波泛关注。除此之外，慢光在空问上还可以实现光信包传播的群速度。在实

3、际中理想的单色平面波是号的堆积，这为压缩光设备的体积提供了可能。与不存在的，实际的光都可以认为是由多个单色平面此同时，单位空间上光能量的增加也增强了光与物波叠加而成的波包。因此在本文中讨论的是光波传质问的相互作用，进而可以在单位长度的光器件上播的群速度。光在介质中的传播速度和介质的折射增强光的吸收，增益和非线性效应。目前越来越多率有关，由于介质折射率的变化范围有限，仅通过增的研究者都致力于减小光的传播速度，实现慢光。加介质折射率来减慢光束的做法并不可取。根据群在诸多实现慢光的技术中，光子晶体慢光技术速度的表达式与其他慢光技术相比，由于其主要的优势包括可以出△(cJ

4、dw在室温下的任意波长处产生带宽较宽的慢光，体积小及适合与现有的光通信器件集成等而倍受关注。式中k表示光波的波数，表示光波的圆频率dup国内外的许多学者已经提出很多光子晶体慢光波导=Vp—A=詈(·+·)的实现方案。但是针对光子晶体慢光效应的理论分将上式两端取倒数得到析还比较少。cndn本文从一般的光子晶体线缺陷波导出发，分析其■1A—一dnn．^一dA中出现缺陷模的色散特性，通过Kramers—Kronig关Hi。系分析得出可以通过控制缺陷模透射峰值的宽度或即ng=c=n—Adn=n+dn缺陷模附近的折射率来控制光信号群速度的大小。d在此基础上讨论光子晶体波导慢

5、光产生的机理。从上式中可以看出：只有当dn／dA<0时，即在正收稿日期：2013—09—20收稿日期：陕西省教育厅专项科研计划项目(2010JK839)作者简介：吕淑媛(1976一)，女，陕西米脂人，西安邮电大学副教授。24光子晶体中的慢光现象也可从导模的形成机理497—530．来理解，一方面，在光子晶体中，由于PBG的[5]AgrawalGP．NonlinearFiberOptics[M]．AcademicPress，2005Chap．9．存在，在光子晶体中任意角度传播的光都被反射。[6]HauLV，HarrisSE，DunonZ，eta1．Lightspeed

6、reduction靠近法线方向传播的光也可形成导模，由于这些模to17meterspersecondinanultra—coldatomicgas[J]．式的前向分量很小甚至为零，因此以零或较慢的光Nature，1999(397)：594—598．速沿着波导传输。另一方面将PBG中存在的缺陷[7]BigelowMS，LepesshkinNN，BoydRW．Observationof模根据它们场分布的不同可分为介质导模(图1中UtraslowlightpropagationinaRubycrystalatroomtemper-的第二种慢光机制)和带隙导模(图1中的第

7、三种ature[J]．Phys．Rev．Lett．，2003，90(11)：113—903．慢光机制)。在布里渊区边界处，若前向传输的光[8]HarrisSE，FieldJE．AKasapi，Dispersivepropertiesof波和后向散射光波在相位上保持一致，则形成驻波。electromagneticallyinducedtransparency[J]．Phys．Rev．若入射的光波偏离布里渊边界，此时前向和后向光Lett．，1992，46(1)：29—32．波的相位不完全一致，但当它们在k空间某一位置[9]KasapiA，JainM，YinGY，eta

8、1．Ele