文档介绍：刘风亮:光子晶体波分复用器设计·1·

光子晶体波分复用器设计

(工程技术学院光电工程系光信息科学与技术刘风亮)
(学号:2001303021)

摘要:本文首先综述了光子晶体的有关知识,然后介绍了本文所用的物理基础和数学方
法--光学传输矩阵法,接下来建立了三种不同复周期结构的光子晶体的模型,通过计算机程序分
析了它们的窄带多通道滤波特性,并且对这些结构进行了数值分析和结构优化,以求得均匀的标
准的多通道滤波特性。
关键词:光子晶体复周期结构慢变结构均匀化多通道滤波波分复用器
教师点评:该论文模拟了三种结构的光子晶体,对光子晶体的多通道滤波特性进行了研究分
析;论文写作有条理,理论分析无误,有一定的参考价值。(点评教师:欧阳征标,教授)

1、引言
光子晶体是 1987 年 [1]和 [2]提出的新概念和新材料,这种材料的一个
显著特点是它可以如人所愿地控制光子在其中的运动。光子晶体内部的介质是周期性有序排列
的,正是这种周期性的存在,使得光出现布拉格散射,电磁波因受到调制而形成能带结构,这种
能带就叫做光子能带。光子能带之间可能出现带隙,即光子带隙(简称 PBG)。频率落在带隙中
的电磁波是被禁止传播的,因为带隙中没有任何态存在。如果在光子晶体的周期性结构中引入缺
陷,破坏其结构的周期性,那么就能在光子禁带中引入缺陷态。与缺陷态频率吻合的光子就被限
制在缺陷的位置,一旦偏离缺陷的位置便会迅速衰减[2],这样就可以控制光波在线缺陷中进行传
输。正是由于光子带隙的存在,光子晶体给我们带来许多新的物理性质和应用,可以制作全新原
理或以前所不能制作的高性能器件。其主导思想就是利用光子禁带或禁带结构中的缺陷态来改变
光子晶体中某种电磁态的密度。目前提出的应用主要有高性能反射境、光子晶体波导、光子晶体
微腔、光子晶体超棱镜、光子晶体偏振境、光子晶体光纤等[3]。本文主要研究光子晶体在波分复
用器方面的应用。

2、物理模型
本文研究了三种不同结构的光子晶体,分别是普通复周期结构、慢变复周期结构和混合复周
期结构。前面两种结构的示意图如图 1 和图 2 所示。

Reflecte

Incident

图 1[4]普通复周期结构光子晶体示意图图 2[5]慢变复周期结构光子晶体示意图
在普通复周期光子晶体结构中,每个周期由三个单元所组成,每个单元由高种折射率材料(如
图黑色部分所示)和低折射率材料(如图灰色部分所示)所组成,高折射率材料我们选择锑化铅
(n=),低折射率材料选择冰晶石(n=)。在慢变复周期光子晶体结构中,每个周期由 5
个单元组成,每个单元由高种折射率材料(如图黑色部分所示)和低折射率材料(如图灰色部分
所示)所组成,高折射率材料我们同样选择锑化铅(n=),低折射率材料选择冰晶石(n=)。
需要注意的是,这种慢变结构每个单元的总物理厚度是一样的,但是高折射率材料的物理厚度以
刘风亮:光子晶体波分复用器设计·2·

某一增量在逐渐增加,相应的低折射率材料的物理厚度以这一厚度在逐渐减少。混合复周期周期
结构的提出为了得到均匀的