基于电光效应的二维光子晶体波导慢光的动态调制研究

论文摘要

近年来,人类社会进入了信息技术快速发展的时代,在社会的各个领域都存在对信息技术不同程度的依赖。信息速率和通信容量的快速增长使得现有的通信网络难以适应。在如今的通信网络中,许多节点要实现光信号-电信号-光信号的转换。因此在实现速率高、容量大的通信网络时,电子器件在带宽及功耗方面的局限性便成为了亟待解决的问题,也就是“电子瓶颈”现象。为了突破这一局限,人们将目光转向速率高、容量大的全光网络。全光网络路由和交换的关键部件是光缓存器。而光缓存器件主要是通过慢光技术来实现的。在众多可以实现慢光的技术中,光子晶体慢光凭借其低群速、大带宽、小尺寸、室温运行、灵活的结构设计和易于集成等优势而成为研究的热点。但是在实际应用中,光子晶体必须能够通过外部条件的变化动态地调整慢光特性。通过光子晶体的动态控制可以实现光延时线、光缓存、光滤波及光开关的动态可调,因此对慢光传输的动态调制进行研究具有非常重要的现实意义。本文对光子晶体波导慢光的传输特性、缓存特性进行了讨论,并重点研究了其慢光特性的动态调制。主要内容如下:1、简要介绍了光子晶体的基本概念、特性、应用和理论研究方法;概述了慢光的基本概念和慢光在光子晶体中的产生机理。并分析了实现光子晶体动态控制的几种物理效应。2、设计了一个由呈三角晶格排列的圆形空气孔组成的线缺陷光子晶体波导结构。在结构设计方面,与以前其他文献对结构和材料中单一因素调整进行优化不同的是,本文结合结构调整和材料填充两个因素对光子晶体慢光的传输特性进行优化,得到具有群折射率连续可调的最优光子晶体波导结构。在最优波导两侧第二行空气孔内填充具有电光性能的有机聚合物,研究了在外加调制电压的作用下,光子晶体慢光传输特性的变化规律,得到了慢光传输速度连续动态控制的条件。3、设计了一个硅介质棒以三角晶格结构置于聚合物基底中的耦合腔光子晶体波导结构,获得了群折射率增大一个数量级,归一化延迟带宽积增大3倍的慢光传输。通过调整波导结构的背景介质柱和环绕腔体介质柱的尺寸,对此波导结构的慢光传输特性和缓存性能进行优化。包含尺寸增大的环微腔介质柱最优耦合腔光子晶体波导结构同时具有超大的NDBP和较大的存储容量,即慢光的传输特性和缓存特性同时达到最优。最后,通过外部电压控制,研究了最优耦合腔波导结构的传输特性和缓存性能随外加调制电压的变化规律。4、对所做研究进行了总结,并对下一步工作做出展望。本文主要的创新点有如下两点:1、在所设计的光子晶体线缺陷波导结构的优化方面,本文同时对结构和材料两种因素进行调整优化波导结构的慢光特性。最终得到了无论填充何种材料都始终保持最优慢光特性的波导结构。在外加电压的调制下,可以得到连续变化可调的群折射率。2、在光子晶体耦合腔波导研究方面,通过调整背景介质柱和环绕微腔介质柱的尺寸,获得最优的耦合腔光子晶体波导结构,使得波导结构的慢光传输特性和缓存特性同时达到最优。并且在可变外加电压的调制下,其传输特性和缓存特性始终保持一个相当理想的状态。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 引言
•   1.2 选题背景和研究意义
•   1.3 国内外研究进展
•   1.4 论文的主要工作
•   1.5 全文结构
• 第二章 光子晶体及光子晶体波导慢光概述
•   2.1 光子晶体概述
•     2.1.1 光子晶体的概念
•     2.1.2 光子晶体特性
•     2.1.3 光子晶体的应用研究
•   2.2 光子晶体理论研究方法
•   2.3 光子晶体慢光概述
•     2.3.1 慢光的概念
•     2.3.2 光子晶体慢光产生机理
•     2.3.3 光子晶体慢光的性能参数
•     2.3.4 慢光的动态调制分析
•   2.4 光子晶体数值仿真软件
•   2.5 小结
• 第三章 线缺陷光子晶体波导中的慢光特性及其动态调制研究
•   3.1 光子晶体线缺陷波导慢光传输特性分析
•     3.1.1 结构设计和数值分析
•     3.1.2 结构和材料优化
•   3.2 聚合物填充的光子晶体慢光动态调制研究
•     3.2.1 慢光对电光效应的增强
•     3.2.2 传输特性的动态调制
•   3.3 小结
• 第四章 耦合腔光子晶体波导中的慢光特性及其动态调制研究
•   4.1 光子晶体耦合腔波导慢光传输特性分析
•     4.1.1 结构设计和数值分析
•     4.1.2 结构优化与分析
•   4.2 动态调制
•     4.2.1 慢光传输特性的动态调制
•     4.2.2 慢光缓存特性的动态调制
•   4.3 小结
• 第五章 总结和展望
•   5.1 工作总结
•   5.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的文献
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 闫崇庆

导师: 李长红

关键词: 光子晶体,传输特性,缓存特性,聚合物,动态调制

来源: 青岛大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑,信息科技

专业: 物理学,物理学,化学,无线电电子学

单位: 青岛大学

分类号: TN252;O734

DOI: 10.27262/d.cnki.gqdau.2019.000543

总页数: 61

文件大小: 4664K

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