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基于复式晶格光子晶体双波长THz波调制器的特性研究

作　者: 宋丽军
导　师: 陈鹤鸣
学　校: 南京邮电大学
专　业: 光学工程
关键词: 光控 复式晶格 光子晶体 双波长 THz波 调制器
分类号: TN761
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


THz波通信在未来高速率、超宽带的无线通信领域有着广阔的应用前景。太赫兹波调制器是THz波通信的关键器件,将光子晶体应用于THz波技术,既可发挥光子晶体对光特殊的局域能力,又可以利用THz波段中器件制作工艺上的便捷,具有明显优点。随着多波长复用通信系统的应用,对多波长调制器开展研究具有重要的意义。本文首先分析了光子晶体太赫兹波调制器的调制原理,然后设计了两种不同结构的复式晶格光子晶体双波长THz波调制器。这两种调制器都采用复式晶格光子晶体,在此基础上引入点缺陷和线缺陷,通过在点缺陷中引入GaAs材料使其成为光控调制器,对于复式晶格光子晶体,一个点缺陷处会对应有两个不同的缺陷模,因此可以只利用一个点缺陷实现双波长THz波的调制,这两种调制器区别在于点缺陷和线缺陷的耦合方式的差异。利用FDTD分别仿真计算了两种调制器在单波长入射和双波长入射时,它们的插入损耗、消光比、调制速率等性能。其中,在双波长同时入射时,直接耦合结构的双波长THz波调制器的插入损耗为0.42dB、消光比为61dB、最大调制速率达1.5Gbit/s;侧耦合结构的双波长THz波调制器的插入损耗为0.16dB、消光比约为34.9dB,最大调制速率为6.76Gbit/s。然后针对直接耦合结构双波长THz波调制器,分析讨论了点缺陷位错、半径和形状变化对其性能的影响,为光子晶体调制器的实际生产制作和相应的误差分析提供了理论帮助。最后,探讨了复式晶格光子晶体双波长THz波调制器在THz通信系统中的一种应用。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第一章 绪论  9-18
  1.1 THz 波技术简介和研究现状  9-13
    1.1.1 THz 技术简介  9-10
    1.1.2 THz 通信的特点  10
    1.1.3 THz 波调制器的研究现状  10-13
  1.2 光子晶体THz 波调制器简介  13-16
    1.2.1 光子晶体简介  13-14
    1.2.2 光子晶体THz 波调制器的研究现状  14-16
  1.3 论文的研究重点和工作安排  16-18
第二章 平面波法和时域有限差分法基本理论  18-29
  2.1 平面波展开法  18-22
    2.1.1 光子晶体基本方程和平面波展开法  18-21
    2.1.2 复式晶格光子晶体带隙的计算  21-22
  2.2 时域有限差分法  22-28
    2.2.1 FDTD 的基本公式  23-26
    2.2.2 FDTD 的稳定性条件  26-27
    2.2.3 吸收边界条件的选定  27-28
    2.2.4 激励源的选择  28
  2.3 小结  28-29
第三章 复式晶格光子晶体THz 波调制器的设计  29-38
  3.1 THz 波光子晶体调制器的调制原理  29-31
  3.2 光子晶体材料的选择和晶格结构的设计  31-33
    3.2.1 THz 波段光子晶体材料的选择  31-32
    3.2.2 THz 波段复式晶格光子晶体结构  32-33
  3.3 复式晶格光子晶体太赫兹波调制器的设计  33-37
    3.3.1 线缺陷的设计  34
    3.3.2 点缺陷的设计  34-35
    3.3.3 点缺陷和线缺陷的组合方式  35
    3.3.4 基于点、线缺陷不同组合方式的调制器的结构设计  35-37
  3.4 小结  37-38
第四章 复式晶格光子晶体双波长THz 波调制器性能分析  38-62
  4.1 调制器性能指标  38-39
  4.2 点缺陷半径的选择  39-47
    4.2.1 直接耦合结构  39-43
    4.2.2 侧耦合结构  43-47
  4.3 直接耦合结构双波长THz 波调制器的性能分析  47-53
    4.3.1 调制过程  47-48
    4.3.2 直接耦合结构的双波长THz 波调制器的透射谱分析  48-49
    4.3.3 直接耦合结构双波长THz 波调制器的性能分析  49-53
  4.4 侧耦合结构双波长太赫兹波调制器的性能分析  53-59
    4.4.1 调制过程  53-54
    4.4.2 侧耦合结构的双波长THz 波调制器的透射谱分析  54-55
    4.4.3 侧耦合结构双波长THz 波调制器的性能分析  55-59
  4.5 直接耦合与侧耦合结构双波长THz 波调制器的性能比较  59-60
  4.6 小结  60-62
第五章 点缺陷位错、半径和形状变化对直接耦合结构双波长THz 波调制器性能的影响  62-69
  5.1 点缺陷位错变化对直接耦合结构的双波长THz 波调制器性能的影响  62-64
  5.2 点缺陷半径变化对直接耦合结构的双波长THz 波调制器性能的影响  64-66
  5.3 点缺陷形状变化对直接耦合结构的双波长THz 波调制器性能的影响  66-68
  5.4 小结  68-69
第六章 光子晶体双波长THz 波调制器的应用  69-73
  6.1 THz 波通信系统的发展  69-71
  6.2 双波长太赫兹波调制器在THz 无线通信系统中的应用  71-73
结束语  73-75
致谢  75-76
参考文献  76-80
硕士研究生期间发表的论文  80

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 基本电子电路 > 调制技术与调制器、解调技术与解调器 > 调制技术与调制器
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