基于2维光子晶体的光波导器件设计与仿真【开题报告】.doc

基于2维光子晶体的光波导器件设计与仿真【开题报告】.doc: .
毕业设计开题报告
通信工程
基于2维光子晶体的光波导器件设计与仿真
一、选题的意义与背景：
自从1864年英国科学家麦克斯韦预言了电磁波的存在1887年德国科学家赫兹 用实验证实了电磁波的存在之后，人类对电磁波的研究已深入各个领域，应用非 常广泛。例如无线电波传输、光纤通信和移动通信、雷达技术、微波、天线电磁成像等 等。
随着电磁波理论在光通信领域的不断应用及对光传输材料的不断研究，光子 晶体概念被提了出来。光子晶体是指具有光子带隙（Photonic Band-Gap,简称为 PBG）特性的人造周期性电介质结构。自1987年Yablonovitch和John分别独立提出 光子晶体的概念以来，光子晶体的理论和实验研究以及相关应用得到了迅速的发展。迄 今为止，已有多种基于光子晶体的全新光子学器件被相继提出，并且随着半导体微加工 技术的进步和发展，人们对这些器件开展了深入系统的实验研究。这些光子晶体光学器 件使信息处理技术的“全光子化”和光子技术的“微型化”与“集成化”。光子晶体成为光波 导是集成光学重要的基础性部件，它能将光波束在光波长量级尺寸的介质中，长 距离无辐射的传输。
光子晶体波导是光子晶体研究中非常重要的一个方面，对于基于光子晶体的光集 成、光通信及光传感技术，光子晶体波导都是最基本的器件，也是开发和设计其他各种 器件的基础，由于三维光子晶体及波导的加工制作尚不成熟，对于光子晶体波导的研究 主要集中二维光子晶体波导方面。平面波导器件又称为光子集成器件。其技术核心 是采用集成光学工艺根据功能要求制成各种平面波导。目前主要的研究工作一方面 是基于光子晶体波导的各种器件的设计制作，例如滤波器、分束器，耦合器以及波分复 用器这些器件在尺寸上要比传统集成光学器件小的多。另一方面是二维光子晶体波导用 于慢光、光学非线性效应及他们的应用。
本课题涉及的是二维光子晶体的光波导器件中的光束传输性质是利用在光子晶体 材料引入不同类型的缺陷（线缺陷和点缺陷），当它们集于一体时就形成了集成化的二维 光子晶体器件。这种尺寸只有传统光学器件几千甚至几万分之一大小的光子晶体集成器 件却几乎具备了传统光学器件的全部功能，涵盖了通信和激光源等领域所有的基本需 求。
二、 研究的基本内容与拟解决的主要问题：
基本内容：
本课题是以主要FDTD算法为理论基础，结合边界吸收理论光子禁带算法的相关理 论，使用XFDTD软件，进行二维光子晶体的T和Y型光波导器件中的光束传输性质的 仿真研究。对所设计的光子晶体T和Y型波导器件中光场分布进行图像分析及数值运 算。并对T和Y型器件不断优化使光束在器件内传输尽量降低损耗提高传输效率。 拟解决的主要问题：
1光子晶体设计及光子晶体禁带的计算：
光子晶体设计是本课题很重要的的一部分。光子晶体制作的好坏将直接影响仿真出 的光子晶体波导器件性能的好坏，也直接影响仿真效果。本课题采用的平面波展开法对 光子晶体禁带进行计算。平面波展开法是将电磁场在倒格矢空间中以平面波叠加的形式 展开，将麦克斯韦方程组转化为一个本征方程，通过求解本征方程便可得到传播光子 的本征频率。通过禁带的计算与光子晶体结构