光子晶體波導與藕合共振波導之研究

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吳明昌(Ming-Chang Wu) 查詢紙本館藏

畢業系所

光電科學與工程學系

論文名稱

光子晶體波導與藕合共振波導之研究
(Study of photonic crystals' waveguide and coupled-resonator optical waveguide)

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摘要(中)

本論文主要研究光子晶體波導的導波特性，及其作為光源整流元件的特性。對於傳統光子晶體波導，我們找到了一個特殊工作頻率，在此頻率下波導的穿透率與波導路徑無關，而對於曲線形波導我們找出了影響穿透率的原因。在具有表面波 (Surface modes) 傳播模態的光子晶體波導中，我們設計了一種與文獻中不同的二次曲線形表面波次級光源調變方法，可以將由光子晶體波導輻射出的光聚束於小角度的範圍內。最後，我們成功的設計出了一種只用兩排介電質圓柱所構成的
另類光子晶體波導：藕合共振器光學波導 (Coupled-Resonator Optical Waveguide ,簡稱為CROW)，並以實例展示了此種波導的四種可能之應用方式。

關鍵字(中)

★ 波導
★ 光子晶體

關鍵字(英)

★ photonic crystals
★ coupled-resonator optcial wavegiude
★ CROW

論文目次

摘要 I
目錄 II
圖索引 IV
第一章緒論 1
1.1 光子晶體相關研究簡介 1
1.2 動機、研究方法及章節內容 5
第二章數值模擬的理論基礎 7
2.1 簡介 7
2.2 數值模擬方法 7
2.3 電磁波的的純量 (Scalar) 表示法與通用波動方程式 (Universal Wave Equations) 8
2.3.1 波動方程式 (Wave equations) 8
2.3.2 能流的時間平均表示 9
2.4 平面波展開法 (Plane Wave Expansion Method) 10
2.5 多重散射法 ( Multiple Scattering Method) 13
2-6 多重散射法中能流之時間平均值的推導 17
第三章數值模擬結果 20
3.1 光子晶體波導的基本討論與研究 20
3.1.1 頻帶圖與有限光子晶體結構穿透率之比較 20
3.1.2 光子晶體之直線波導特殊現象之觀察與討論 23
3.1.3 光子晶體中曲形波導穿透率的研究與討論 28
3.2 光子晶體表面波效應之基本觀察與探討 31
3.2.1 參考文獻中有關表面波的研究討論 31
3.2.2 另一種調變模式 34
3.2.3 介面的能流分析 35
3.3 光子晶體另類波導：藕合共振器光學波導 (CROW) 的觀察與研究 36
第四章結論 41
參考文獻 43
圖索引
Fig.1.1.1 典型的一維、二維與三維光子晶體 1
Fig.1.1.2 典型的光子晶體能帶圖 2
Fig.1.1.3 光子晶體波導 3
Fig.3.1.1.1 (a) 光子晶體的頻帶圖 (b) 頻率對有限大小的光子晶體的穿透率掃描圖 20
Fig.3.1.1.2 光子晶體板厚度對穿透率的關係圖 22
Fig.3.1.2.1 (a) 頻率 k1 = 2.35之電磁波在一長直波導中傳播的振幅場圖 24
(b) k1 =2.35 及任意選定一頻率k2 =2.55 兩個頻率的波之振幅對一條長直波導中心線做圖
Fig.3.1.2.2 (a) 為 k1=2.35, loopg = 6 的場圖及掃描路徑示意圖 25
(b) 與 (c) 分別描述頻率為k1=2.35及k2 =2.175的波沿A--B--C—N路徑所得到的振幅
Fig.3.1.2.3 (a) 顯示出通道在轉彎處的振幅場圖. (b) 能流放大圖 27
Fig.3.1.2.4 (a)、(b) 較為特殊的情形，原本已收斂的兩條線會重和為一條線 28
Fig.3.1.3.1 (a)~(f) 兩種樣品之場圖與穿透率對頻率關係圖 30
Fig.3.2.1.1 參考文獻中的散射體幾何關係示意圖 32
Fig.3.2.1.2 (a)~(h) 各種調變方式的正常光子晶體波導場圖即能流分析圖 33
Fig.3.2.2.1 末排散射體排列為二次曲線形的調變方式 34
Fig.3.2.3.1 (a) 散射體未經調變的光子晶體介面沿X方向能流圖 35
(b) 散射體調變模式為 “N=0” 的光子晶體介面沿X方向能流圖
Fig.3.3.1 (a) 此藕合共振器光學波導(CROW)的振幅場圖 38
(b) 利用FDTD 方法在相同結構,參數下得到的實部場圖
(c) 為(b)下排最接近波源前3個散射體附近能流分佈圖
Fig.3.3.2 (a) 藕合共振器光學波導(CROW)的振幅場圖 39
(b) 由並列的CROW組成的光子晶體其負折射現象振幅場圖
(c) 單排結構CROW的振幅場圖構成的分波器振幅場圖
Fig.3.3.3 (a) 高效率藕合傳輸線之傳輸場圖，右端為一光子晶體波導 40
(b) 光子晶體光源多端輸出器

參考文獻

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指導教授

欒丕綱(Pi-Gang Luan)

審核日期

2004-7-12

推文