慢光集成中磁性周期性纳米结构单向传输波导特性研究

信息的载体和处理方式是信息技术的关键，用光子取代电子来传输处理信息是未来发展的必然趋势。这迫切需要慢光集成技术的实际应用。基于磁性周期性纳米结构，本项目致力于利用一种特殊传输机制的单向传输波导去解决慢光集成应用中遇到的关键问题。研究二维磁性周期性纳米结构光子带隙材料参数和人工引入的波导结构参数，及其波导形成的色散曲线，从而找到如何将普通二维周期性纳米结构波导中的入射光高效率的耦合进二维磁性周期性纳米结构慢光波导中的条件。重点研究普通二维周期性纳米结构集成中后向反射光的抑制问题，利用可集成的单向传输波导作为光隔离器，研究这种新型单向传输波导在以高效率耦合进普通二维周期性纳米波导的同时，对二维周期性纳米结构波导后向反射光的抑制效果，针对这个问题建立数学分析模型，进行结构参数的优化，达到周期性纳米结构集成中后向反射光完全抑制效果。本项目对解决慢光集成遇到的关键问题，推动慢光集成发展有重要意义。

本研究基于耦合模理论和有限元及有限时域差分等数值仿真方法，对周期性纳米结构的单向传输波导与共振微腔的耦合机制及其应用进行了详尽的研究， (1) 首次设计一种单腔无反射反馈的基于单向传输波导的三端口光子晶体滤波器，第一次实现了普通波导与单向传输波导之间的超过95%的高效率耦合。(2) 首次研究了共振微腔边耦合到光子晶体单向传输波导的结构，发现该微腔的延迟共振机制，鉴于该微腔设计了一种基于微腔共振的延迟单向传输波导。(3) 在前述研究的基础上，基于周期性纳米结构也设计了快慢光转换通道下路滤波器，使得周期性纳米结构波导中的快光可以100%转化为慢光，从而可以进行慢光的信号处理。(4) 基于周期性纳米结构表面模波导及圆形光子晶体表面模波导，设计了一个独特新颖的表面模微环共振器，它可以用作通道下路滤波器，使周期性纳米结构表面模光子器件之间的连接成为可能。(5) 基于周期性纳米结构通道下路滤波器模型，我们也设计了一种偏振通道下路滤波器，能实现TE、TM光完全分离，较同类型器件制作更为容易。(6) 基于周期性纳米结构,我们也设计了一种三波长复用器，该复用器下路效率高，消光比高且较同类型其他器件尺寸更小。上述结果深入研究慢光单向传输波导的传输机制，有助于慢光研究的进一步实用化。