隨著光通信技術的快速發(fā)展,全光通信網絡的發(fā)展優(yōu)勢越來越明顯,光子晶體作為一種人工材料在研究中取得了長足的發(fā)展。由于光子晶體特殊的周期性結構,使得晶體內部運動的電子受到布拉格散射,因此產生光子帶隙特性和光子局域特性。全光邏輯門在全光通信網絡中能夠進行快速信息處理和全光計算,提高了全光網絡通信傳輸?shù)母咝院涂煽啃�。利用光子晶體帶隙特性和光子局域特性,設計出更加性能優(yōu)越的光子晶體全光邏輯門器件,將會提高邏輯門結構的判斷效率,使得光學集成密集度更高,應用更加廣泛,促進全光通信網絡的快速發(fā)展。本文首先對全光邏輯門的發(fā)展和研究現(xiàn)狀做了介紹,由于目前現(xiàn)有類型的全光邏輯門尺寸較大,結構復雜,存在很多的缺點,而本文采用光子晶體材料可以大大降低結構的復雜性。其次對本文研究光子晶體的兩種理論方法,平面波展開法和有限時域差分法分別做了分析介紹。然后研究了光子帶隙形成的影響因素,通過模擬仿真得出晶格類型、介質柱形狀、介質填充率和相對折射率是光子帶隙的主要影響因素,同時深入研究了不同影響因素下光子帶隙的形成機制。最后在光子帶隙的特性基礎上,設計了基于二維光子晶體環(huán)形諧振器的全光非門和或非門邏輯結構,通過選取正方形... 

【文章來源】：蘭州交通大學甘肅省

【文章頁數(shù)】：58 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖1.1兩種不同光纖組成的非對稱耦合器上文提到的光學克爾效應就是指一類介質的折射率與入射光功率強度有關的非線

淮嬖諍??叵擔?酥止庾泳?宓拇?對誚櫓什牧轄惶媾挪嫉姆較蟶�。�?3.1(c)為三維光子晶體，它是由介質點構成，在三維方向上，兩種不同的介質材料按照一定的體積大小交替周期性的排布，這也意味著它是一種全方位的光子帶隙，在各個方向上均有分布，在理論上來說三維光子晶體能夠實現(xiàn)更多的功能，但是現(xiàn)階段三維光子晶體的制備工藝存在一定的難度。所以使用二維光子晶體代替三維光子晶體進行研究，能夠更容易分析其在兩個方向上產生的帶隙，可以引入點缺陷和線缺陷，為后期研究控制光在平面內傳輸打下條件基矗(a)(b)(c)圖3.1光子晶體結構示意圖光子晶體雖然是個新名詞，但是自然界中早已存在有這種性質的物質，在澳洲有一種由二氧化硅納米球沉淀形成的寶石蛋白石，它的色彩繽紛的外觀與人們認知里的色素毫無關系，其形成原因是它在幾何結構上周期性排布使它具有了光子能帶結構，隨著帶隙位置的不同，反射光的顏色也跟著發(fā)生變化。在生物界也同樣存在有光子晶體的蹤影，蝴蝶翅膀上的斑斕色彩，也不是色素的原因，而是翅膀鱗粉上排列整體的次微米結構，選擇性反射日光的結果。生物學家還發(fā)現(xiàn)澳洲海老鼠的毛發(fā)也具有六角晶格結構，這與人工制備的光子晶體介質柱結構相類似。3.2光子晶體的特性分析光子晶體作為一種人工納米材料，具有很多特性，比如自身形成的周期性、光子帶隙、光子局域、自準直效應和表面態(tài)等。光子晶體最初的分析是按照半導體來研究，由于光子晶體在空間上是周期性排布，晶體內部的折射率也是呈現(xiàn)一定的周期，這與半導

基于二維光子晶體全光邏輯門的設計研究-18-體有很多的相似之處，所以可以用半導體的各種物理特性來分析了解光子晶體，兩者的研究方法有很多的相似之處。如下表3.1為半導體與光子晶體的一般物理特性比較。表3.1半導體與光子晶體的比較特性半導體光子晶體結構結晶體由兩種（或以上）介電材料構成的周期性結構尺度原子尺度電磁波波長調控對象費米子玻色子波德布羅意波電磁波波動方程薛定諤方程麥克斯韋方程組本征矢波函數(shù)電場強度、磁場強度特征帶隙、雜質能級光子帶隙、缺陷結構3.2.1光子晶體的周期特性如圖3.2所示為二維光子晶體的結構示意圖，根據示意圖可以看出光子晶體類似于物理中的晶體結構，在空間上由相同結構單元無限重復形成，光子晶體的最小單元稱作基元，可用物理學中對晶體空間點陣分析來研究光子晶體的周期性。圖3.2二維光子晶體結構示意圖用光子晶體介質材料的介電函數(shù)ε(r)來分析光子晶體的周期性，其中可用三個矢量{a1,a2,a3}基元點陣構成的晶體結構來分析，空間點陣格矢為：123=m+m+m123Raaa，m1，m2，m3為整數(shù)。ε()=ε(+)=ε()RTrrRr(3.1)

【參考文獻】：
期刊論文
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碩士論文
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[3]基于二維光子晶體的全光邏輯門研究[D]. 王浩宇.哈爾濱師范大學 2015
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