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高斯光束在二维光子晶体中的异常传输特性及应用研究

【摘要】:本论文研究高斯光束在光子晶体中的若干传播特性,包括反常doppler效应、逆Goos-hanchen位移和自准直效应。多普勒效应将速度和频率联系在一起,在天文学、医药、气象学和微电子工业等其它一系列领域都有着重要应用,光频段的反常多普勒效应将会在这些应用领域引起巨大的改变;在未来光集成芯片中,光学器件的尺度将变得与波长接近,而GH位移的尺度为波长甚至几十个波长的量级,GH位移将不可忽略,光被光子晶体表面反射时的GH位移,将是一个有价值并且值得深入研究的问题;光子晶体的微小尺寸和其特有的光传输特性为集成化发展中的光通讯提供了多种解决方案,同时,在太赫兹波技术向通讯发展的研究中,光子晶体技术和太赫兹波技术相结合也为设计太赫兹波调制器提供了新的思路。本文主要的研究工作如下:(1)对高斯光束在光子晶体中的反常多普勒效应验证性实验进行误差分析。将光子晶体理想化为负折射率均匀介质,激光束理想化为基模高斯光束,利用MATLAB建立起理论模型。定量分析实验中参考光束和信号光束相对于探测面法线的夹角、探测面面积、CO2激光能量对实验结果的影响;将分析结果和实验数据做比较。分析结果表明,实验中的数据精度很高,光频段反常Doppler效应的验证实验的结果是完全可靠的。我们的工作为该实验奠定了坚实基础。(2)对高斯光束在光子晶体中的逆G-H位移进行实验研究。设计出具有负折射率的光子晶体结构,利用FDTD算法仿真高斯光束在光子晶体中的传播过程,得到理论的逆Goos-Hanchen位移的数值。搭建实验系统测量验证光子晶体中的逆Goos-Hanchen位移。利用Visual Basic调用PI纳米位移平台自带的应用软件,并建立起带有UI界面的实验控制软件。本实验将对光子晶体中的负Goos-Hanchen位移进行验证,研究高斯光束在其中的传输特性,对于下一步发展具有指导作用。(3)对高斯光束在光子晶体中的自准直效应及其应用进行研究。研究光子晶体的等频图特性和禁带特性,利用光子晶体的自准直效应,在光子晶体中的线缺陷中填入5CB液晶,设计出基于自准直效应的光强调制器和衰减器,并用Rsoft软件仿真高斯光束在其中的传播,分析出该器件各方面的工作性能。设计的光衰减器连续可调且调谐范围大;设计的光强调制器调制速率约为10KHz,调制器的插入损耗约0.308dB,调谐范围0.308~34.32d B,是很理想的太赫兹波调制器件。

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