光子技術(shù)是滿足大數(shù)據(jù)和人工智能時(shí)代人們對(duì)信息傳輸和處理巨量需求的最佳解決方案之一。但目前光子系統(tǒng)的集成度較低導(dǎo)致無(wú)法完全發(fā)揮光子技術(shù)的優(yōu)勢(shì),其中光信號(hào)的模式轉(zhuǎn)換效率低是一個(gè)重要原因。為了克服這一瓶頸,本論文提出利用光學(xué)超表面提高亞波長(zhǎng)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中的模式轉(zhuǎn)換效率。光學(xué)超構(gòu)表面是利用亞波長(zhǎng)周期單元構(gòu)建的人工光學(xué)結(jié)構(gòu),其周期單元的橫向尺寸和厚度都遠(yuǎn)小于工作波長(zhǎng)。光學(xué)超表面可將傳統(tǒng)光學(xué)器件厚度壓縮到亞波長(zhǎng)尺度,從而徹底改變傳統(tǒng)光學(xué)器件的形態(tài)。但由于亞波長(zhǎng)波導(dǎo)的橫向尺寸小與周期排列的光學(xué)超表面尺寸不兼容,因此無(wú)法直接用于微納光子結(jié)構(gòu)中。為此,本論文提出將超構(gòu)單元嵌入到亞波長(zhǎng)光波導(dǎo)中來(lái)實(shí)現(xiàn)高效率模式轉(zhuǎn)換。論文首先討論二維和三維波導(dǎo)的理論分析方法,正確得到出波導(dǎo)的本征模以及傳播常數(shù),為后續(xù)研究奠定基礎(chǔ)。利用耦合模分析得到波導(dǎo)不同空間模式實(shí)現(xiàn)完美轉(zhuǎn)換的動(dòng)量匹配條件,并在二維波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中構(gòu)造出長(zhǎng)周期光柵來(lái)實(shí)現(xiàn)該條件。進(jìn)一步利用時(shí)域有限差分方法,研究該結(jié)構(gòu)中基模和一階模之間的相互轉(zhuǎn)換,實(shí)現(xiàn)了近完美空間模式轉(zhuǎn)換。為進(jìn)一步減小轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度,論文提出了反射式空間模式轉(zhuǎn)換超構(gòu)單元結(jié)構(gòu)。在波導(dǎo)端面引入非對(duì)稱的兩個(gè)超構(gòu)單... 

【文章來(lái)源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：51 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

開(kāi)口諧振環(huán)模型

于超材料的興起。超材料最開(kāi)始被稱為提出超材料的觀點(diǎn)[10]，超材料就是用里的原子或則分子。圖 1-1 開(kāi)口諧振環(huán)模型[10]存在介電常數(shù)和磁導(dǎo)率同時(shí)為負(fù)值的材的反響，直到 1999 年設(shè)計(jì)出的開(kāi)口諧模型具有磁響應(yīng)，可以通過(guò)其幾何參以實(shí)現(xiàn)磁導(dǎo)率實(shí)部為負(fù)值，與此同時(shí)結(jié)

不同開(kāi)口角度和方向“V”形天線對(duì)入射光場(chǎng)的相位延遲效果(a)無(wú)超表面 (b)有超表面圖 1-4 兩介質(zhì)界面上廣義斯涅耳定律推導(dǎo)的傳輸特性可以利用費(fèi)馬原理解釋。由費(fèi)馬定律可知，出射的光到達(dá) B 點(diǎn)滿足光程穩(wěn)定條件， nsin dx nsiniit 的斯涅耳定律 sin sin 0iittn n 。耳定律是以斯涅耳定律為基礎(chǔ)的，如圖 1-4(b)所示，從表面單元到達(dá) B 點(diǎn)，同樣滿足費(fèi)馬原理，但由于此時(shí)度，費(fèi)馬原理修改為：[sin()][sin]0kn dx d n dx

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]光纖端面集成金屬光子結(jié)構(gòu)傳感器[J]. 劉飛飛,張新平.  激光與光電子學(xué)進(jìn)展. 2017(02)

碩士論文
[1]超構(gòu)表面透鏡的色散調(diào)控研究[D]. 李可.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所) 2018



本文編號(hào)：2969314