光子晶体微腔稀疏波分解复用器的研究-光学工程专业论文.docxVIP

浙江工业大学硕士学位论文 浙江工业大学硕士学位论文 万方数据 万方数据 光子晶体微腔稀疏波分解复用器的研究 摘 要 光子带隙和光子局域是光子晶体的关键特性，利用这两种效应能 够控制光的传输。因此，光子晶体的应用一直备受关注，光子晶体复 用/解复用器就是一种重要的应用。光子晶体点缺陷微腔和微环允许某 些频率的光波在其中谐振，基于此本文设计了两种解复用器，并对其 性能进行了分析，主要内容如下： 1）针对城域网与接入网应用领域，设计了一种基于光子晶体点缺 陷微腔的稀疏波分解复用器。利用平面波展开法计算了二维正方晶格 圆柱形硅介质柱型光子晶体的带隙，在此基础上，通过引入五点缺陷 构造了光子晶体微腔，并用时域有限差分法系统分析了微腔共振波长 与缺陷介质柱半径及折射率的关系，理论上设计了一种符合 ITU G.694.2 标准的四信道解复用器。结合 Rsoft 软件的仿真分析，结果表 明：五点缺陷微腔共振波长与缺陷介质柱半径呈非线性关系，与缺陷 介质柱折射率差呈线性关系，解复用器四信道的中心波长接近目标波 长，峰值半高全宽均小于 5.7nm，串扰均在-15.66dB 以下，输出谱相对 强度均大于 90%，输出功率均衡，为解复用器的深入研究提供了理论 基础。 2）大半径空气孔型光子晶体是目前相对容易加工的一种光子晶 体，本章从实用目的出发，设计了一种基于三角晶格空气孔型光子晶 体的解复用器。首先对三角晶格圆形空气孔型光子晶体的带隙进行了 计算和分析，在此基础上用时域有限差分法对单环光子晶体微腔的谐 I 振波长进行计算，结果发现，该微环有多个谐振波长。然后采用双环 级联形式构造解复用器，输出光谱仍有多个峰。最后采用三环级联成 功地输出了单波长光谱，因此，三环级联解复用器能达到实用的效果。 该结论对未来波分复用系统的设计有重要的意义。 关键词：光子晶体微腔，平面波展开法，时域有限差分法，谐振频 率，解复用器 II RESEARCH OF COARSE WAVELENGTH DIVISION DEMULTIPLEXER BASED ON PHOTONIC CRYSTAL MICROCAVITY ABSTRACT The photonic crystal with bandgap and localization effect has attracted much attention as it can well control the transmission of light. Photonic crystal multiplexer/demultiplexer is an important application. The resonance of certain frequencies of light is allowed in photonic crystal point defect micro-cavity and micro-ring. In this paper, two kinds of demultiplexer are designed and analyzed. The main content is as follows: 1）Aiming at application requirements of coarse wavelength division multiplexing system in metro and access network, a coarse wavelength division demultiplexer based on photonic crystal micro-cavity is proposed. The bandgap of a two-dimensional square-lattice photonic crystal containing Si rods in air is calculated by plane wave expansion method, based on this, a micro cavity is constructed by introducing a five-point defect, by means of finite difference time domain, the effect of defect radius and index to resonant wavelength is analyzed, a four-channel demultiplexer in accordance with ITU G.694.2 standard is designed theoretically. The results of