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基于光学共振的微结构系统的光学特性研究

作　者: 初单萍
导　师: 陆颖
学　校: 天津大学
专　业: 光电子技术
关键词: 微环共振腔光子晶体耦合共振光波导滤波光停止
分类号: TN929.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

光学共振腔被视为光通信系统的基本元件,各种光学共振腔具有巨大的应用潜力,特别是微环共振腔和光子晶体缺陷腔具有实际可行的潜在优势。本论文在研究了各种微环及其拓扑结构和光子晶体的的基础上,设计了一种带反馈的双波导耦合微环共振腔结构和一种光子晶体耦合共振光波导,讨论了它们的光学特性及其应用。本论文的主要内容可分为如下两大部分:第一部分,设计了一种带反馈的双波导耦合微环共振腔结构。根据耦合模理论推导了它的透过率、相移和群延迟表达式。根据表达式,讨论了它的滤波特性,得到最佳滤波特性的条件,数值结果表明设计的带反馈结构优于普通的结构;分析了开关特性、延迟特性和模式压缩,得出调制损耗或者反馈回路可以起到光开关的作用和对透过模有压缩作用的结论。第二部分,分析了光子晶体实现动态光停止的一般规则。在此基础上,利用正方晶格的光子晶体设计了一种半径间隔变化的缺陷腔构成的耦合共振光波导。根据平面波展开法分析了此光子晶体中单个点缺陷腔的结构参数对其共振频率的影响,优化了该缺陷腔耦合光波导。用布洛赫理论和耦合模理论计算了该波导的色散关系。根据色散曲线随两种缺陷腔的共振频率差的变化推断出,动态减小缺陷腔折射率或者半径,可以实现对光脉冲群速度的自由调制,并且当折射率或者半径减小到一定程度时,可以实现光停止。

全文目录

中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章绪论  7-19
  1.1 光学共振腔的研究意义  7-9
  1.2 微环共振腔简介  9-12
    1.2.1 微环共振腔  9-10
    1.2.2 微环共振腔的拓扑结构及其研究进展  10-12
  1.3 光子晶体缺陷腔简介  12-15
    1.3.1 光子晶体  12-13
    1.3.2 光子晶体缺陷腔及其研究进展  13-15
  1.4 慢光及光停止的研究进展  15-18
  1.5 本论文研究的主要内容  18-19
第二章光学共振腔的理论计算方法  19-29
  2.1 耦合模理论  19-21
    2.1.1 耦合共振光波导的耦合模理论分析  19-20
    2.1.2 微环共振腔的耦合模理论分析  20-21
  2.2 平面波展开法  21-23
  2.3 时域有限差分法  23-28
    2.3.1 二维时域有限差分法  24-27
    2.3.2 Courant 稳定性条件  27-28
    2.3.3 吸收边界条件  28
  2.4 小结  28-29
第三章带反馈的双波导耦合微环共振腔的光学特性研究  29-39
  3.1 基本结构和工作原理  29-30
  3.2 理论分析  30-32
  3.3 光学特性分析  32-38
    3.3.1 滤波特性分析  32-34
    3.3.2 群延迟特性分析  34-35
    3.3.3 开关特性分析  35-37
    3.3.4 模式压缩特性分析  37-38
  3.4 小结  38-39
第四章二维光子晶体耦合缺陷腔光波导实现光停止的研究  39-51
  4.1 实现动态光停止的一般理论  39-44
  4.2 光子晶体偶耦合缺陷腔光波导的动态光停止设计  44-50
    4.2.1 光子晶体中缺陷腔的共振频率的特性分析  44-47
    4.2.2 光子晶体耦合缺陷腔光波导的光学特性分析  47-48
    4.2.3 光子晶体耦合缺陷腔光波导实现动态光停止  48-50
  4.3 小结  50-51
第五章总结与展望  51-53
参考文献  53-62
发表论文和科研情况说明  62-63
致谢  63

基于光学共振的微结构系统的光学特性研究

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