二维光子晶体波导耦合器开关特性的FDTD研究

作     者：赵鲲 

作者单位：北京化工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：丁迎春

授予年度：2009年

学科分类：070207[理学-光学] 07[理学] 0702[理学-物理学] 

主      题：光子晶体 时域有限差分法(FDTD) 耦合波导 光开关 

摘      要：光子晶体的光子局域特性,能够实现人为的控制光的流动,使得光子晶体光开关器件具有传统的光开关器件所不具有的优势。光子晶体光开关与传统光开关器件相比,在开关的结构、速度、可靠性、功耗、可扩展性等各方面都具有很大的优势,这使其成为未来集成光路元件的理想选择。本文针对二维光子晶体波导耦合器型全光开光进行了研究,主要内容包括: 1、利用时域有限差分法(FDTD),讨论了常见的两种二维光子晶体的结构,以及不同的晶格常数、介质柱半径对禁带位置、带宽和透射结果的影响。 2、对二维光子晶体线缺陷波导进行了多方面研究,包括: 以正方晶格二维光子晶体为例,对其线缺陷波导结构的传输特性进行模拟,得到不同频率入射光的传输特性。同时对90°弯曲波导的光传输特性进行模拟,证明了其光传输的低损耗性。 讨论了二维光子晶体波导耦合的结构、原理、及耦合功能的实现。选择适合的器件长度可以实现耦合波能量在波导间的来回传递。同时设计了一种特定结构的耦合器,可以实现不同频率光的定向耦合功能。根据不同的需求可以调整光子晶体耦合器的结构及参数设计。 3、讨论了一种二维光子晶体波导耦合器型全光开关,并用FDTD对其能带及传输特性进行了研究。数值计算表明,适合的耦合系数与长度,可以实现光传输的开关作用,减小耦合长度会降低带宽。同时还建立了非线性的FDTD模型,对此类结构光开关的非线性吸收效果进行了研究,发现非线性双光子吸收效应会对光开关的作用效果产生一定影响,这为将来此类光开关器件的设计提供了一定的理论依据。