孔状三角晶格光子晶体复合腔光学双稳态全光开关研究

非线性光子晶体双稳态光开关在光学信息处理和激光防护领域具有重要的研究价值和应用前景。为解决柱状正方晶格光子晶体加工困难和三角孔状光子晶体光能局域于空气孔中的问题，本课题拟从理论上系统研究三角晶格光子晶体复合腔共振诱导透明特性、双稳开关特性、加工误差对复合腔增强效应的影响，为器件的制备奠定基础；从技术上研究满足光子晶体加工的半导体薄膜生长工艺及加工技术，复合腔精确加工和非线性光子晶体双稳态光开关的研究。本课题的意义是利用光子晶体复合腔非常强的局域增强特点，在成熟的半导体材料和成熟的加工工艺基础上，开展低功率光子晶体双稳态全光开关研究。这一研究将建立三角晶格光子晶体复合腔的理论模型，制备双稳态开关，实现100mW以下开关阈值。本项研究不仅为低功率双稳态光开关器件研究找到一条新的设计思路，而且为器件的实用化创造条件。因此，本课题的开展对光学信息处理和激光防护器件的研究和开发具有重要意义。

双稳态全光开关是下一代光学信息处理领域中的光互联重要器件，本项目研究基于孔状三角晶格光子晶体双稳态全光开关。为了减少开关功率，首先研究了级联侧耦合谐振腔-波导结构、串联正耦合谐振腔-波导结构、F-P谐振腔包覆金属纳米粒子结构和直接-间接谐振腔-波导耦合结构的光学特性，给出了不同级联结构的光学特性数学解析表达式；根据模式的对称性，分析了不同模式的激发机制，尤其是偶极矩为零的金属纳米表面等离子激元模式的激发方式；阐述了光子晶体级联谐振腔-波导耦合结构的两种带隙产生机理，即来源于结构的周期性和抗交叉效应；设计了多波长滤波器和宽带宽交叉连接器；并提出了一种基于耦合模理论的转移矩阵方法；最后设计了一种基于孔状三角晶格光子晶体的双稳态全光开关。研究成果对光子学器件的设计具有一定的理论意义和参考价值。