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光子晶体的概念为全光缓存器的实现提供了一种全新的想法。通过光子晶体波导实现可被实用化及拥有出色缓存性能的光缓存器对全光网络的发展具有重要意义。利用光子晶体波导实现的光缓存器件由于拥有独特的微腔结构,良好的慢光特性和常温工作条件等诸多优点,引起了越来越多的科研工作者的兴趣。与线缺陷光子晶体波导相比,耦合腔光子晶体波导的导模曲线更加的平缓、群速度更小,可以被广泛的应用于光学时延线和光缓存上。 论文主要对光子晶体耦合腔波导的慢光特性进行了研究。设计了不同的单腔结构、复合腔结构和半周期型结构的慢光波导,分析比较这些微腔的慢光性能,得出:半周期结构的耦合腔具有最佳的慢光特性。 论文主要完成的工作及创新点如下: 1.以传统方型腔为基础,建立了三种不同的单耦合腔模型,研究了腔间距对一共四种微腔结构的慢光特性影响。研究结果表明:(1)四种微腔的最大群速度都随着腔间距的增大作相应的线性减小。当腔间距L=a时,最大群速度基本在10-1c左右。当L=6a时,可以达到10-3c的数量级;(2)确定了以完美3×3正方形晶格为基础的耦合腔中对慢光参数影响较大的的介质柱的分布。调节正方晶格的中心介质柱及中心列的上下两个介质柱半径可以使慢光特性有较大的改变。 2.构建了复合结构的耦合腔模型。通过改变波导系统的介电常数分布的方式,仿真了以方型腔作为主腔,复合其它三种腔构成的微腔波导慢光特性。仿真结果表明:(1)复合腔结构的微腔可以有效的减小群速度;(2)作为一个单腔,复合腔的尺寸较大,这使得它的归一化延迟带宽积(NDBP)数值低于0.1。 3.设计了半周期型耦合腔光子晶体波导。通过改变单个微腔的介电常数分布方式和零色散优化方式来实现。在达到相同数量级的群速度时,其腔间距离正好是传统方型微腔结构的一半。仿真了半周期耦合腔的各项慢光参数,实验结果显示:当半周期微腔的边缘介质柱半径Re固定为0.3a,腔间距L=3a时,具有最优的慢光性能。其最大群速度可以达到3.532×10-3 c,带宽大约为0.00020,NDBP值可以达到0.15左右。 4.针对半周期型耦合腔的特性进行分析。(1)证明了半周期型微腔的间距L=3a是腔间距的最佳选择;(2)从理论公式上推导证明了缩短腔间距可以有效地减小群速度色散;(3)半周期型光子晶体波导由于距离的缩短可以使得光波的传输损耗变小。因此,半周期型耦合腔的短腔间距使得此结构的波导拥有更短的长度,更小的尺寸,对光子器件的集成化具有重要意义。