基于2維光子晶體的光波導器件設計與仿真【文獻綜述】

1、畢業(yè)設計文獻綜述畢業(yè)設計文獻綜述通信工程通信工程基于基于2維光子晶體的光波導器件設計與仿真維光子晶體的光波導器件設計與仿真摘要：光子晶體具有優(yōu)異的光學性能，是當前國際光學光傳輸及光學器件領域研究的熱點之一。光子晶體的光波導器件由于它有體積小傳輸效率高等特點所以光子晶體成為光波導是集成光學重要的基礎性部件，它能將光波束在光波長量級尺寸的介質(zhì)中，長距離無輻射的傳輸。所以光子晶體的光波導器件使信息處理技術的“全光子化”和光子技術的“微型化”與

2、“集成化”。光子晶體的光波導器件也成為近些年來越來越受人們關注的研究領域。本文針對光子晶體仿真中涉及的背景、原理、涉及的算法技術做簡要說明。關鍵字：關鍵字：FDTD算法，光子禁帶算法，完全匹配，1、背景背景自從1864年英國科學家麥克斯韋預言了電磁波的存在1887年德國科學家赫茲用實驗證實了電磁波的存在之后，人類對電磁波的研究已深入各個領域，應用非常廣泛。例如無線電波傳輸、光纖通信和移動通信、雷達技術、微波、天線電磁成像等等。隨著電磁波

3、理論在光通信領域的不斷應用及對光傳輸材料的不斷研究，光子晶體概念被提了出來。光子晶體是指具有光子帶隙（PhotonicBGap簡稱為PBG）特性的人造周期性電介質(zhì)結構。自1987年Yablonovitch和John分別獨立提出光子晶體的概念以來，光子晶體的理論和實驗研究以及相關應用得到了迅速的發(fā)展。迄今為止，已有多種基于光子晶體的全新光子學器件被相繼提出，并且隨著半導體微加工技術的進步和發(fā)展，人們對這些器件開展了深入系統(tǒng)的實驗研究。這些

4、光子晶體光學器件使信息處理技術的“全光子化”和光子技術的“微型化”與“集成化”。光子晶體成為光波導是集成光學重要的基礎性部件，它能將光波束在光波長量級尺寸的介質(zhì)中，長距離無輻射的傳輸。光子晶體波導是光子晶體研究中非常重要的一個方面，對于基于光子晶體的光集成、光通信及光傳感技術，光子晶體波導都是最基本的器件，也是開發(fā)和設計其他各種器件的基礎，由于三維光子晶體及波導的加工制作尚不成熟，對于光子晶體波導的研究主要集中二維光子晶體波導方面。平面

5、波導器件又稱為光子集成器件。其技術核心是采用集成光學工藝根據(jù)功能要求制成各種平面波導。目前主要的研究工作一方面是基于光子晶體波導的各種器件的設計制作，例如濾波器、分束器，耦合器以及波分復用器這些器件在尺寸上要比傳統(tǒng)集成光學器件小的多。另一方面是二維光子晶體波導用于慢光、光學非線性效應及他們的應用。二、二、FDTDFDTD算法算法(1)????01??????ttrBctrE(2)????01??????ttrDctrH(3)??0???

6、trB(4)??0???trD式中E是電場強度D是電位移矢量B是磁感應強度c是磁場強度是真空光速。光子晶體的Bravais點陣的平移矢量R表示為??bhbhmlG2211??其中和是任意整數(shù)；，是倒格子基矢它們與點陣基矢具有關系周期性h1h2b1b2??ijjiba2??的相對介電常數(shù)可表示為；R為晶格常數(shù)。本例是在在二維TE偏振下的兩種算法的????Rrr????差異在TE模偏振下，有Maxwell方程組可得到分量的本征方程為：Hz（

7、5）????01122???????????????????????????HcHHzzzyryxrx???用波矢為倒格矢G的平面波、展開成級數(shù)形式，再進行適當?shù)目臻g積分和代換??r?1????rHz可以得到（5）的矩陣形式：???????????22GkAGkAGGkGkGkc???????（6）式中是磁場強度z方向分量的Fourier系數(shù)；是周期分布的的??GkA)(?rHz??Gk???r?1?Fourier系數(shù)。這個波矢在不同波