【摘 要】
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光子晶体以其显著的特点可如人所愿地控制光子的运动,被认为是未来光子器件研制的核心。二维磁性光子晶体环行器是一种正向顺序导通而反向传输阻止的多端口非互易无源器件。该器件可被用于隔离相邻模块或器件之间的反射光,从而降低干扰、增强大规模集成光路的稳定性。首先,本论文介绍了二维磁性光子晶体的几种分析方法:采用平面波展开法计算光子晶体带隙结构及缺陷结构的模场分布;使用有限元方法将波动方程转化为有限元方程组,
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光子晶体以其显著的特点可如人所愿地控制光子的运动,被认为是未来光子器件研制的核心。二维磁性光子晶体环行器是一种正向顺序导通而反向传输阻止的多端口非互易无源器件。该器件可被用于隔离相邻模块或器件之间的反射光,从而降低干扰、增强大规模集成光路的稳定性。首先,本论文介绍了二维磁性光子晶体的几种分析方法:采用平面波展开法计算光子晶体带隙结构及缺陷结构的模场分布;使用有限元方法将波动方程转化为有限元方程组,从而将求波导中电磁场的问题,转变为求解本征值及其对应的本征函数的问题。进而求解出电磁波在环行器中的传输情况。再者,利用三角晶格的二维磁性光子晶体缺陷结构,设计了三端口Y型铁氧体柱环行器。采用有限元方法模拟Y型波导和环行器的功能并计算外部特性,并在微波波段首次成功研制了Y型光子晶体环行器。该环行器在中心频率10GHz处隔离度高达-61.1dB。基于麦克斯韦方程的形式不变性理论,将光波波段的二维磁性光子晶体缺陷结构进行尺寸缩放以实现微波波段的二维磁性光子晶体环行器。分别以空气孔和介质柱阵列结构为基础在3mm波段设计了三端口Y型环行器。最后,本文从理论和实验上研究了基于正方晶格光子晶体的十字型波导,并在波导结腔位置引入旋磁铁氧体柱,最终首次在微波波段成功研制了四端口十字型光子晶体环行器。利用正方晶格光子晶体缺陷结构,设想了三端口T型铁氧体柱波导环行器。T型环行器隔离度高达-45.2dB,插入损耗低至-0.88dB,其优异的外部性能参数表明二维磁性光子晶体环行器在未来集成光路中具有重要的应用潜力。
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