《平板型柔性光子晶體波導及其器件的研究》是依託西安交通大學，由陳兵擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：平板型柔性光子晶體波導及其器件的研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：陳兵
- 依託單位：西安交通大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
光子晶體波導及其器件的研究是套用於集成光學的新型光導波技術研究的一個熱點；其中，光子晶體波導拐角最佳化是一個難點問題。我們已經提出了一種基於一維光子晶體全方向反射原理的、無需特殊最佳化就可以實現小曲率半徑、任意角度彎曲的新型光波導結構，因其獨特的柔韌性- - 猶如電子學中的電線一樣靈活，故稱之為柔性光子晶體波導。目前，柔性光子晶體波導及其器件的研究僅限於二維結構。本項目將首先提出平板型柔性光子晶體波導的三維結構模型，並通過數值模擬對其結構進行最佳化；其次，將構建基於平板型柔性光子晶體波導的器件模型（如分支、定向耦合器等），並通過數值模擬對其結構進行最佳化；最後，將實驗製備這類新型光波導器件，並實驗測試其性能。另外，本項目還將對基於二維/三維光子晶體全方向反射原理的光波導及其器件進行數值模擬研究和實驗研究。本項目的研究成果對於光子晶體波導及其器件的研究具有重要的理論意義和實用價值。
結題摘要
在青年科學基金的資助下，我們在柔性光子晶體波導和二維光子晶體波導及其器件的研究方向上取得了多項成果，並且在平板型柔性光波導及其器件的研究方向上也取得了突破性進展。這些研究成果有望套用於高密度集成光路中。 柔性光子晶體波導，簡稱柔性光波導，文獻中也稱其為布拉格反射波導（Bragg reflection waveguides） 、布拉格波導（Bragg waveguides）、平板布拉格波導（planar Bragg waveguides）或一維光子晶體帶隙平板波導（one-dimensional photonic bandgap slab waveguides），其導波機理是布拉格反射或者一維光子晶體全方向反射帶。柔性光波導的最大優點在於：無需特殊最佳化就可以實現小曲率半徑、任意角度彎曲——猶如電子學中的電線一樣靈活。因此，在所有基於柔性光波導的的光子器件中，可以以一種非常簡單的方式處理波導拐角，這將使器件結構更加緊湊和簡單。 在柔性光子晶體波導及其器件的研究中，我們採取了兩條研究思路：（1）將定向耦合原理和自映像現象分別套用於柔性光波導，構建結構簡單、緊湊的功率分配器和波長分離器；（2）借鑑二維光子晶體波導器件中的諧振腔及點缺陷結構，在柔性光波導中構建諧振腔及點缺陷結構，利用其頻率選擇特性，構建波長分離器和波導反射器。 我們將全方向反射帶的概念從一維光子晶體拓展到二維光子晶體，提出了二維光子晶體全方向反射帶的概念，並且證明了全方向反射帶的存在比光子帶隙的存在更具普遍性：在沒有光子帶隙的光子晶體中，可以存在全方向反射帶；在具有光子帶隙的光子晶體中，全方向反射帶比光子帶隙更寬。我們的研究表明，全方向反射帶與光子帶隙之間的差別隨著晶格對稱性的增加而明顯減小。我們構建了基於二維光子晶體全方向反射原理的光子晶體波導，突破了“在不存在光子帶隙的光子晶體中，無法構建光子晶體波導”的理論局限性，並且通過簡單的最佳化，得到了無損耗傳輸的雙60度波導拐角。 經過多種不同模型及其結構參數嘗試之後，我們確定了一種平板型柔性光波導的三維結構模型，稱之為水平通道型柔性光波導（或水平通道型布拉格反射光波導）。在波導橫截面的水平方向（X方向）上，光波受到布拉格反射的約束；在波導橫截面垂直方向（Z方向）上，光波受到全內反射的約束。在該光波導中，光波被約束在低折射率材料通道中，沿著Y方向傳輸。
