《基於各向異性材料光子晶體的傳輸特性分析及器件設計》是依託深圳大學，由林密擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於各向異性材料光子晶體的傳輸特性分析及器件設計
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：林密
- 依託單位：深圳大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
近年來，光子晶體的研究引起了人們極大的關注，但大家關注的重點主要集中在各向同性材料光子晶體結構，由於各向異性材料的介電常數是張量形式的，對電磁波的約束作用有別於普通各向同性材料。因此，當光子晶體是由各向異性材料構成時，會發生非常有趣的現象，同時這些有趣的現象為我們設計更為複雜化、更具有針對性的光子晶體元件提供了非常重要的思路。本項目將重點放在基於各向異性磁光材料和碲介質的一維和二維光子晶體上，主要研究內容包括：一維磁光光子晶體的反常色散現象；在一維磁光光子晶體中引入左手材料，以獲得對角度具有寬容忍度的光子晶體隔離器；二維碲光子晶體的完全禁帶，以及由此設計的光子晶體偏振分束器；在二維碲光子晶體中引入磁光材料缺陷，設計與偏振無關的光子晶體環形器。上述內容的研究，彌補了理論上的不足，也為光子晶體濾波、隔離器等關鍵器件的製作提供了重要的依據。
結題摘要
由於各向異性材料具有許多有別於常規材料的特性，基於各向異性材料的光子晶體結構可用於設計簡單且高效的功能器件。本項目將研究重點集中在基於各向異性碲材料以及磁光材料光子晶體結構的傳輸特性。主要研究內容包括：（1）基於各向異性光子晶體的偏振器件設計。首先，基於各向異性材料的雙折射效應，我們利用等效折射率理論嚴格分析了不同形態各向異性材料對不同偏振態波的布拉格散射效應，得到了不同偏振波對各向異性缺陷的頻率回響及傳輸特性。通過合理設計器件結構和缺陷特性，成功實現了對不同偏振波的控制和分離。以此為基礎，我們設計了多種高效且簡單的光子晶體偏振器件，包括偏振濾波器、偏振分束器以及偏振光橋。所設計的偏振器件，具有體積小、結構緊湊、適合於大規模光路集成等方面的優勢。（2）基於磁光材料的光子晶體環行器設計。我們提出了兩種設計光子晶體環行器的思路。其一是，我們通過分析波在磁光材料微腔中的諧振模式和法拉第旋轉效應，得到了波對於不同形態磁光材料的法拉第偏轉角，通過合理設定磁光材料介質桿，並在磁光介質桿周圍設定特殊形狀的輔助桿，極大地提高了環行器的環行效率，並以此為基礎設計了高性能的三連線埠以及四連線埠光子晶體環行器。這類環行器最大的特點是僅僅只需單獨的磁光材料缺陷桿，就可在短程實現高效的環行。另一種是，通過在光子晶體中插入磁光材料環形陣列，基於耦合腔等效理論對磁光材料環形陣列進行嚴格的模式和耦合特性分析，利用磁光材料之間的腔體耦合，在三角晶格光子晶體波導中實現了三連線埠和六連線埠環行器的設計。（3）基於各向異性材料的光子晶體功率分配器設計。為了解決以往光子晶體功分器受偏振模式制約的缺點，在（1）的基礎上，我們巧妙的利用各向異性碲材料構建偏振缺陷，將偏振缺陷設定於光子晶體波導的關鍵位置形成不同的偏振波導，再利用器件的結構特性和設定功率缺陷桿，實現了與偏振無關的二等分功分器，以及分別實現了TE/TM波的三等分功分器。項目基本依照原定的研究計畫和內容開展工作，較好的完成了預期的研究目標，所取得的研究成果對基於各向異性材料光子晶體結構的功能器件設計具有重要的意義。
