【摘要】：慢光能夠增強光和物質(zhì)之間的相互作用,是實現(xiàn)光緩存進而實現(xiàn)“全光網(wǎng)絡”通信的關鍵,所以針對光子晶體慢光波導的研究也有著重大的潛在意義和應用價值。在此背景下,本文以二維三角晶格橢圓孔光子晶體為基礎,通過引入線缺陷打破光子晶體原有的周期性從而構成光子晶體慢光波導,在色散允許的范圍內(nèi),對慢光的群折射率和帶寬進行優(yōu)化和研究。首先,本文介紹了光子晶體相關的基本理論概念,光子晶體慢光波導傳輸原理,并且運用平面波展開法對光子晶體的能帶進行了計算,為后面的數(shù)值仿真計算奠定了理論基礎。其次,本文以二維三角晶格橢圓孔光子晶體波導為研究對象,因為橢圓孔比圓形孔多了2個調(diào)節(jié)的自由度,而且是最簡單的最適合于制作的非圓形孔,研究表明橢圓孔光子晶體波導的傳輸效率比圓形孔要高出16%,本文通過優(yōu)化橢圓孔的尺寸獲得了歸一化延遲帶寬積最大為0.425的慢光;另外為了在任何時候都可以實現(xiàn)對慢光的動態(tài)調(diào)節(jié)和優(yōu)化,本文使用液體填充的“后加工技術”分析了最靠近線缺陷的第一排橢圓孔內(nèi)填充液體的不同對慢光的影響,并引入一種液體填充的非對稱波導,最終發(fā)現(xiàn)和對稱波導相比,非對稱波導能夠使慢光的群速度色散降低。最后,本文在橢圓孔光子晶體的基礎上加上Slot波導,因為Slot波導能夠把光波能量局限在空氣Slot區(qū)域,從而能夠進一步加強光和物質(zhì)的相互作用。為了增加調(diào)節(jié)的范圍和靈活性,本文在靠近線缺陷的第一、二排橢圓孔內(nèi)填充折射率不同的液體,通過微調(diào)液體折射率大小,最后分別實現(xiàn)了慢光的群折射率從33.3到247的變化,帶寬從12.6nm變化到1.2nm;此外還證明了可以通過調(diào)節(jié)填充液體的不同來補償實際中不可避免的制作誤差。
【圖文】：

兩種結構來說非常復雜，因此導致三維光子晶體在現(xiàn)實中的應用和研宄并不多。逡逑光子晶體結構在大自然中也很常見：彩色的蝴蝶翅膀、色彩斑斕的蛋白石等，分別逡逑如圖２．２邋（ａ）、（ｂ）所示。它們之所以能夠呈現(xiàn)出色彩斑斕的顏色，是因為研宄發(fā)現(xiàn)這些逡逑物質(zhì)也是由周期性排列的微結構構成的，我們知道，，頻率不一樣的光波在不同方向發(fā)生逡逑散射和透射的程度不同，所以我們能夠觀察到不同的顏色。逡逑５逡逑

針對２種介質(zhì)分布規(guī)律的不同而言，光子晶體可以被分為三大類：一維、二維和三維光子逡逑晶體（ＰＣ）。兩種不同介電常數(shù)的介質(zhì)在其中的１個方向上呈交替排列，在其余的２個方逡逑向上都是均勻不變的結構叫做一維光子晶體，如圖２．１邋（ａ）所示；兩種不同介電常數(shù)的逡逑介質(zhì)在２個方向上呈交替排列，在第三個方向上是均勻不變的結構叫做二維光子晶體，逡逑如圖２．１邋（ｂ）所示；同理如圖２．１邋（ｃ），兩種介質(zhì)在空間中的３個方向（ｘｙｚ）上都呈交替逡逑排列的結構叫做三維光子晶體。逡逑（ａ）邐（ｂ）邐（ｃ）逡逑圖２．１邋（ａ）邋—維光子晶體；（ｂ）二維光子晶體；（ｃ）三維光子晶體逡逑其中，一維ＰＣ擁有最簡易的構造，因此在實驗上也最容易制作；二維ＰＣ比一維ＰＣ逡逑的構造稍微復雜，但是其制作的過程要比三維ＰＣ容易很多，而且最重要的一點是，如果逡逑完美的二維ＰＣ中存在缺陷的時候，就能夠?qū)崿F(xiàn)對光傳輸?shù)目刂�，由于這些優(yōu)點，二維光逡逑子晶體成為目前人們所研究的重點。雖然在制作方面三維ＰＣ的工序相當復雜，但是完全逡逑禁帶這個獨有的特點使得三維ＰＣ也具備很好的發(fā)展前景。然而由于其制備工序相比其它逡逑兩種結構來說非常復雜，因此導致三維光子晶體在現(xiàn)實中的應用和研宄并不多。逡逑光子晶體結構在大自然中也很常見：彩色的蝴蝶翅膀、色彩斑斕的蛋白石等
【學位授予單位】：南京理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：O734

【參考文獻】

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本文編號：2616749