手性介质二维波导结构的模式特性及偏振转换

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:Mr_Zhou
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数据传输需求爆炸式发展,对以光子为载体的信息传递处理技术不断提出更高的要求。目前看来,利用光的偏振传递信息已是未来发展的必然趋势之一。手性材料具有旋光性,利用手性介质构造的光子结构可具有调控偏振的能力。因此,研究手性材料构成的光子结构功能器件,对光子偏振复用系统等未来发展方向具有重要的意义。本文探究了一种利用手性介质调控平面光子结构内光波偏振态的可能方式。借助手性双网格时域有限差分方法,重点讨论了基于手性介质的平面平行光波导及二维光子晶体结构内,光波的偏振模式特性。具体内容如下:本文在比较了现有手性介质时域有限差分方法基础上,确定了非色散二维双网格FDTD方法作为后文研究复杂光子结构的工具。探讨了所构建的双网格FDTD方法递推格式在时谐复数场假定下的适用范围及合理性。提出并构造了匹配双网格的叠加吸收边界模型,考量了该方法的稳定性及FDTD方法其他方面的公共要求。最终进行了编程实现,并验证了该方法的可靠性。二维波导结构是各类平面光子结构中共含的,最基本的单元。其对光波行为的约束,会体现到所有平面光子器件当中。本文对手性平面平行波导进行了严格的理论求解、分析及数值模拟。从本征模式叠加和偏振模式耦合两个角度阐述了波导中的光波行为,提出了两种理论的统一解释,并进行了验证。在此基础上,设计了一种周期手性结构,实现了平面平行手性波导中TE、TM两种偏振模式的相互间转换。对该新型波导结构的相关参数、功能特性等进行了分析。在平行平面手性波导分析的基础上,提出了在结构相对复杂、散射强烈的光子晶体中引入手性介质并实现偏振相关功能的设想。考察了光子晶体自准直光束在手性填充的高折射率光子晶体中的存在条件,及其偏振模式特性。讨论了基于手性介质光子晶体的自准直光束所支持的TE、TM偏振分光的基本方式。设计了两种间插填充手性介质的光子晶体模块,数值仿真并验证了手性光子晶体中偏振转换功能的实现。本文通过对手性平面平行波导导光与二维光子晶体自准直光束导光的研究,得到了―二维受限手性介质光子结构‖这一类物理模型内光波传播的普遍性规律。可以帮助设计平面手性光子器件,并估计其中光场的偏振模式等传播特性。
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