基于圆弓形散射元的二维光子晶体渐变波导特性研究

本研究设计了一种新型的散射元- - -圆弓形散射元，在此基础上设计了多种波导结构。利用这些结构：（1）研究波导的带隙特性：通过二维结构的能带计算，在得出对称、非对称情况下结构的禁带变化的基础上，总结渐变结构波导禁带的变化规律；（2）研究渐变波导的慢光特性：通过优化设计和相干研究，使渐变结构组成的波导在群折射系数不大的情况下，不仅可以减少色散，而且能提高线缺陷波导的慢光效应和传输效率。研究中，采用圆弓形散射元，用微加工方法在硅片上制作出不同参数的无缺陷波导、有线缺陷波导和耦合器，并通过实际测量，根据带隙、相干、衍射和传输系数等，分析理论计算和实际测试的差异及其原因，探索以圆弓形散射元构成的二维光子晶体，特别是渐变光子晶体结构，在振幅、相位和偏振等方面的传输规律，从理论和实验上研究圆弓形散射元构成的各种渐变波导在宽带无损耗传输、光延迟和光缓存等方面的应用。

本课题是基于圆弓形散射元的二维光子晶体渐变线缺陷波导的慢光特性研究，分为理论、制作和测试等方面：（1）理论上，根据不同参数下圆弓形散射元构成光子晶体结构的禁带和慢光计算，重点分析圆弓形散射元构建的对称结构、不对称结构、渐变结构和散射元柱/孔转换等情况下光子晶体的禁带分布慢光规律。通过参数优化，在较宽平带情况下，获得了较高的群折射率和标量积ng×(Δλ) /λ；（2）实验上，采用微加工方法，在硅片上制作参数规律变化的单一圆弓柱（孔）波导、渐变波导等结构，制作结构的禁带的中心波长主要在红外（1550nm）和THz范围。同时，还化学自组装方法对部分结构用PS、SiO2等微球进行了组装填充；（3）对上述结构逐一进行测试，通过Bragg 衍射特征分析、传输信号位变和传输系数比较等等，分析理论计算和实际测试的差异及原因，系统地总结以圆弓散射元构建不同结构波导的规律，并为这些结构在缺陷发光、太阳能利用和微纳激光器等方面也做了很多基础的探索和尝试。研究过程中，申请国家发明专利6项，已获得授权2项；以第一作者发表SCI或EI收录文章10余篇，培养硕士生3名。