（光学专业论文）多模周期介质波导中的自成像现象及其应用.pdf

摘要 摘要 本论文主要涉及多模周期介质波导的自成像现象及其器件应用的研究，内 容包括： 1 研究了非对称输入多模周期介质波导中的自成像现象，并从理论上计算两个 不同归一化频率的光波在多模周期介质波导中的单重像成像位置。根据两光 波信号不同的成像位置，选定一个长度适合的多模区，以此为基础设计出能 够将1 3 l o 和1 5 5 0n n l 两个波长的光波信号进行分离输出的波长解复用器。 此器件多模区长度和宽度仅为1 0 和0 6g m ，平均串话干扰为一1 7 1d b 。 2 研究了对称输入多模周期介质波导中的自成像现象，并从理论上计算两个不 同归一化频率的光波在多模周期介质波导中的单重像和双重像成像位置。选 定一个长度适合的多模区，设计出允许波长1 3 1 0n n 的光波信号从输出波导 通过，而禁止波长1 5 5 0n l i l 的光波信号从输出波导通过的波长滤波器。此器 件多模区长度和宽度仅为6 4 和1 1g m ，消光比为1 2 5d b 。 3 利用多模周期介质波导中的自成像原理，设计出结构紧凑的，尺寸超小的， 功能多样的3 3 全光逻辑门。该器件可以实现“或”，“与非”，“或非” 和“非”门4 种逻辑功能。此器件总长度仅为1 3 7p m ，宽度为3 2p m 。每 个逻辑门平均插入损耗均小于o 2 2d b 。消光比介于8 8 和1 5 6d b 之间。 关键词：周期介质波导，自成像，波长解复用器，波长滤波器，全光逻辑门 a b s t r a c t a b s t r a c t t h i sp a p e rm a i n l yc o n c e m sa b o u tt h es t u d yo f s e l f - i m a g i n g a n dd e v i c e a p p l i c a t i o n si nm u l t i m o d ep e r i o d i cd i e l e c t r i cw a v e g u i d e s ( p d w s ) t h ec o n t e n t sa lea s f o l l o w s ： 1 s e l f - i m a g i n gp h e n o m e n ai nm u l t i m o d ep d w s 、析m a l la s y m m e t r i ci n p u th a sb e e n i n v e s t i g a t e d t h ei m a g i n gp o s i t i o n so fs i n g l ei m a g e sa l et h e o r e t i c a l l yc a l c u l a t e d f o rt w ol i g h t w a v e s 、析t hd i f f e r e n tn o r m a l i z e df r e q u e n c i e si nm u l t i m o d ep d w s a c c o r d i n gt ot h ed i f f e r e n ti m a g i n gp o s i t i o n sf o rt h et w ol i g h t w a v e ss i g n a l s ，a m u l t i m o d e r e g i o n w i t l las u i t a b l e l e n g t h i sc h o s e na n da w a v e l e n g t h d e m u l t i p l e x e ri st h e nd e s i g n e dt od i v i d el i g h t w a v es i g n a l sa tw a v e l e n g t h s1310 a n d155 0i l r n t h el e n g t ha n dw i d t ho ft h ed e v i c em u l t i m o d er e g i o ni so n l y10 a n d0 6p m ，r e s p e c t i v e l y t h ea v e r a g ec r o s s t a l ki s - 17 1d b 2 s e l f - i m a g i n gp h e n o m e n ai nm u l t i m o d ep d w sw i t has y m m e t r i ci n p u th a sb e e n i n v e s t i g a t e d t h ei m a g i n gp o s i t i o n so fs i n g l ei m a g e sa n dt w o f o l di m a g e sa l e t h e o r e t i c a l l yc a l c u l a t e df o rt w ol i g h t w a v e s 、析t 1 1d i f f e r e n tn o r m a l i z e df r e q u e n c i e s i nm u l t i m o d ep d w s am u l t i m o d er e g i o nw i t l las u i t a b l el e n g t hi sc h o s e na n da w a v e l e n g t hf i l t e ri st h e nd e s i g n e dt oa l l o wt h el i g h t w a v es i g n a la tw a v e l e n g t h 1310n l t lt ob eo u t p u a e da n df i l t e rt h el i g h t w a v es i g n a la tw a v e l e n g t h15 5 0a m t h el e n g t ha n dw i d t ho ft h ed e v i c em u l t i m o d er e g i o ni so n l y6 4a n d1 1 p m ， r e s p e c t i v e l y , t h ee x t i n c t i o nr a t i oi s12 5d b 3 a3 3m u l t i f u n c t i o n a la l l o p t i c a ll o g i cg a t ew i mc o m p a c tc o n f i g u r a t i o na n d u l t r a - s m a l ls i z ei sd e s i g n e db yu s i n gs e l f - i m a g i n gp r i n c i p l ei nm u l t i m o d ep d w s t h ed e v i c ec a np e r f o r mf o u rk i n d so fl o g i cf u n c t i o n s ：o r ，n a n d ，n o ra n d n o t g a t e s t h ed e v i c et o t a ll e n g t ha n dw i d t ha l e13 7a n d3 2l a m ，r e s p e c t i v e l y t h ea v e r a g ei n s e r t i o nl o s so f e a c hl o g i cg a t ei sl e s st h a no 2 2d b t h ee x t i n c t i o n r a t i o sa r eb e t w e e n8 8a n dl5 6d b k e yw o r d s ：p e r i o d i cd i e l e c t r i cw a v e g u i d e s ，s e l f - i m a g i n g ，w a v e l e n g t hd e m u l t i p l e x e r , w a v e l e n g t hf i l t e r , a l l o p t i c a ll o g i cg a t e s 论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导 下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用 的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰 写过的作品成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的 法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：曾恹焉 日期：2 。l 啤彳月7 日 学位论文使用授权声明 本人完全了解中山大学有关保留、使用学位论文的规定， 即：学校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构 送交论文的电子版和纸质版，有权将学位论文用于非赢利目 的的少量复制并允许论文进入学校图书馆、院系资料室被查 阅，有权将学位论文的内容编入有关数据库进行检索，可以 采用复印、缩印或其他方法保存学位论文。 飞、勿 撇黼鲐珠毒锄张彦暂 日期：2 o o 年名月71 日 知识产权保护声明 本人郑重声明：我所提交答辩的学位论文，是本人在导师 指导下完成的成果，该成果属于中山大学物理科学与工程技 术学院，受国家知识产权法保护。在学期间与毕业后以任何 形式公开发表论文或申请专利，均须由导师作为通讯联系 人，未经导师的书面许可，本人不得以任何方式，以任何其 它单位做全部和局部署名公布学位论文成果。本人完全意识 到本声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 唠艮岳 二o l o # 多月7 日 第一章绪论 1 1 引言 第一章绪论 互联网的应用和普及推动了光通信技术的发展，光通信技术目前已成为数据 通信的主要实现形式。随着数据通信业务、语音、视频等多媒体综合业务的发展， 对网络传输容量和速率的要求越来越高。另外由于“电子瓶颈”的出现，使得传 统的电光交换网络已经不能满足大规模网络信息交换的要求。全光通信网络因避 免了繁琐的“光一电一光”的信号转换过程，已逐渐成为未来通信数据业务增长 的支柱。为了提高光信息的处理速度，从而实现大量数据的高速交换，搭建能够 直接对光波信号进行处理和运算的光子集成回路( p h o t o n i ci n t e g r a t e dc i r c u i t s ， p i c ) 是十分重要的【1 3 】。研制适用于p i c 的各种功能性光波导器件成为众多研 究者一直努力的目标，目前p i c 光波导器件的研究正朝着尺寸小、结构紧凑月设 计灵活、性能优越的方向发展。 基于多模波导自成像原理的多模干涉( m u l t i m o d ei n t e r f e r e n c e ，m m i ) 器件具 有结构紧凑、插入损耗低、频带宽等优点，并且制作工艺简单和容差性好，容易 集成，因此在p i c 中有着十分广泛的应用。利用多模波导的自成像原理，可以构 建基本的光子器件，如光耦合器和光功率分配器【4 7 】；还可以构建一些功能性较 强的光信号处理器件，如光波分复用解复用器 8 1 0 】，光开关【1 1 1 4 ，光滤波器 【1 5 ，1 6 】，光衰减器【1 7 】，t e t m 偏振分离器 1 8 ，1 9 ，甚至还可以设计功能性更强 的用于光信号逻辑运算的全光逻辑器件 2 0 】。可见，m m i 型光波导器件已成为 p i c 中的一个重要应用领域。 对于p i c 而言，决定集成度高低的关键在于光波导器件的结构尺寸大小。基 于常规介质波导的m m i 器件( 工作于1 5 5 01 1 1 1 1 附近) 尺寸往往较大，其单模波 导宽度接近1h m ，而多模波导面积一般达到1 0m m 2 ，这就造成了波导器件尺寸 极大，p i c 的集成度大幅度降低。具有“光子半导体”之称的光子晶体( p h o t o n i c c r y s t a l ) 的问世 2 1 ，2 2 ，为p i c 光波导器件的发展开辟了新的途径。人们开始采 用光子晶体波导这一新型的波导结构设计各种功能性器件，其中不乏基于光子晶 第一章绪论 体波导的m m i 器件。相比于常规介质波导m m i 器件，基于光子晶体波导的m m i 器件尺寸更小( 工作于1 5 5 0n l n 附近) ，其单模波导宽度为2 0 0 - 3 0 0n l n ，多模波 导面积减为1 0 - 1 0 0p m ? ，这就有可能在很大程度上提高p i c 的集成度。但是， 光子晶体波导存在两个固有的问题：首先，光子晶体波导通常需要较大面积的完 整光子晶体背景，一般需要三层以上的完整晶体作为波导边界，这使基于光子晶 体波导的m m i 器件实际所占的面积都比较大；其次，光子晶体波导的导光机理 通常是依靠光子带隙效应( p h o t o n i cb a n d g a pe f f e c t ) ，这使得波导的导光方向受 到晶格方向的严格限制，即只有沿完整晶体的线缺陷方向才能进行较好的导光， 因此光子晶体波导一般不能任意弯曲，这导致了光子晶体m m i 器件结构的设计 缺乏灵活性。 近几年，另一种新型的光波导结构周期介质波导逐渐受到研究者的关注 【2 3 】。周期介质波导通常是空气中的单排介质柱或介质中单排空气孔结构，波导 宽度一般为几十到几百纳米，不需要较大面积的完整光子晶体背景，因此与光子 晶体线缺陷波导结构相比，其所占的面积更小。周期介质波导的导光机理通常是 依靠本身对光波存在的导带( g u i d eb a n d ) ，即全内反射( t o t a li n t e r n a lr e f l e c t i o n ) 机理，因此导光方向不受任何晶格方向限制，可实现任意弯曲却依然保持高的传 输效率【2 4 】。周期介质波导凭借其尺寸极小、结构灵活的优点，不仅适合在高密 度p i c 中作为波导进行光波信号传输，而且可以构建结构十分紧凑，设计灵活的 新型光子器件。周期介质波导及其在p i c 中和光通信系统中的各种器件应用已逐 渐成为一个研究热点。 1 2 多模波导自成像现象及其分析方法 均匀折射率平板波导( 常规介质波导) 中的自成像概念早在1 9 7 3 年由 b r y n g d a h l 提出【2 5 】。随后u l r i c h 于1 9 7 5 年对平板介质波导的自成像原理作了进 一步阐述 2 6 ，2 7 】。之后的2 0 年时间，人们根据多模波导的自成像特性，设计和 研制出了各种功能性m m i 器件。1 9 9 5 年，l u c a sb s o l d a n o 与其研究伙伴对常 规介质波导的自成像原理及其应用进行了较完整的综述和总结【2 8 】。所谓多模波 导自成像，即在多模波导中，沿着波导传播方向，周期性地复制出输入光场的单 重像或多重像。 第章绪论 多模波导中的自成像现象归因干多个导摸( g u i d em o d e ) 之间的相长性干涉。 m m i 器件关键结构就是能够支持多个( 至少3 个) 模式传输的多模波导，同时 为了能够让光波从多模波导输入和输出，必须在多模波导的起始端和终止端设置 若干单模波导。考虑只有一个输入波导的情况，根据光波输入位置不同( 相对于 多模波导沿传播方向的中心轴向) ，可分为非对称m m i 和对称m m i 。图1 - 1 所 示为非对称输入多模波导中的自成像示意图光波甲从( 只o ) 位置输入到多模波 导，沿着：传播方向，交替出现单重像和二重像，其中单重像又可以分为正像 ( d i r e c ti m a g e ) 和镜像( m i r r o r e di m a g e ) 。 图i - i 非对称输 的多模波导自成像示意图( 图片来源于文献【2 8 】) 图i 2 非对称输入光于晶体多模波导中的自成像现象( 图片来源于文 献【1 0 1 ) 。( a ) 电场强度稳态场分布；( b 1 坡印廷矢量稳态场分布。 第一章绪* 2 0 0 4 年，ehl e e 等人首次提出和研究了光子晶体多模波导中的非对称m m i 及其自成像现象1 1 0 】。模拟计算结果表明，类似于常规介质多模波导，光子晶体 多模波导同样存在自成像现象。如图卜2 所示的电场强度和坡印廷矢量的稳态场 分布。从图中可以看出沿波导传播方向呈现了输入光场的正像( 3 1 d 处) 和镜 像( 2 1 a 处) ，d 为晶格常数。 图1 - 3 所示则为对称输入多模波导中自成像示意图，光波甲从( 0 ，o ) 位置输 入到多模波导，沿着= 传播方向周期性地出现单重像和二重像甚至可能多 重像。 y p o 。一 图i - 3 对称输入的多横渡导自成像示意图( 图片来源于文献【1 5 】) 。 图1 - 4 对称输入光子晶体多模波导中的自成像现象( 图片来源于文献 【1 5 1 ) 。( 砷1 6 6 t h z 稳态光场分布；( b ) l8 3 t h z 稳态光场分布。 第一章绪论 yz h a n g 等人于2 0 0 6 年研究了对称输入的光子晶体多模波导m m i 和自成 像原理 1 5 1 ，如图1 4 所示的稳态光场分布，单重像和二重像交替出现，同时对 比两个不同太赫兹( t h z ) 频率光波在同一波导结构中的自成像现象，可见二 者成像位置不同。至于多重像的出现与否，取决于多模波导中的导模数目。如 果能出现重像，那么一般多模波导中的导模数目至少为2 n - 1 个。相比于非 对称m m i ，对称m m i 的情况更容易获得输入光场的多重像，且自成像的周期 性更加明显。 分析多模波导自成像原理的方法有很多，通常分为两大类，即非模式分析 法和模式分析法 2 9 1 。非模式分析法的分析结果比较直观，但并未给出自成像 现象的物理机制【2 7 】。模式分析法则从多模波导中被激励的模式出发，通过分 析各个导模的传播情况( 包括各个模式的振幅和相位等) ，从而得到沿光波传播 方向不同位置处由所有模式相叠加起来总光场分布。模式分析法又可进一步分 为全模式传输分析法和导模传输分析法。其中全模式传输分析法是分析m m i 耦合器中自成像现象较为全面的方法 3 0 1 ，先算出所有模式的场激励系数，然 后将所有模式叠加，以此对多模波导功能进行分析。这种方法不仅为数值模拟 计算和波导结构设计提供了理论基础，而且还从本质上揭示了多模波导中的 m m i 实际表现为自成像现象的物理机制，但该方法相对而言比较复杂。目前应 用较为广泛的是导模传输分析法【2 6 】，此方法不需要考虑辐射模的影响，而将 输入光场看成是所有导模的线性组合( 叠加) ，这样可以使得问题分析过程变得 更为简单，同时又能提供足够精度的分析结果。因此导模传输分析法是目前被 广泛采用的一种分析多模波导自成像原理的有效方法。 1 3 周期介质波导及其研究现状 早在1 9 7 2 年周期介质波导的概念就已经被提出【3 1 】。此后，人们从理论上对 周期介质波导的色散特性进行了分析 3 2 ，3 3 。周期介质波导的结构一般是由刁 同 折射率的介质在同一方向上以一固定间距间隔排列而成的，主要分为两类介 质柱型和空气孔型周期介质波导 2 3 1 。如图1 - 5 ( a ) 所示，空气中一排等间距排列 的介质柱形成单排介质柱型周期介质波导。如图1 - 5 ( b ) 所示，直条介质上一排等 第一章绪论 间距排列的空气孔形成单捧空气孔型周期介质波导。 一 ( a ) 图i - 5 ( a ) 单排介质柱型周期介质波导t 仰单排空气孔型周期介质波 导。 ( b ) 圈l - 6 ( a ) 单排介质柱型周期介质波导能带( t m 偏振) ：( ”单排空气 孔型周期介质波导能带( t e 偏振) 。( 图片来源于文献【2 3 】) 。 一#z，q0一17岂 o o o 叫 o 一#h、口邑hijk 第一章绪论 通常介质柱型和空气孔型周期介质波导对t m 和t e 偏振均存在导模 2 3 】。 图1 - 6 ( a ) 给出单排介质柱周期介质波导( 介质介电常数为1 3 ) 对t m 偏振的能 带结构。阴影部分是光锥( l i g h tc o n e ) 区域，表示波导中的发散模( e x t e n d e d m o d e s ) ，此模式沿波导传播方向传播时，能量很快发散进入波导周围的空气中， 无法用于导光。光锥区域以下的实线则表示能够用于导光的模式，即导模( g u i d e d m o d e s ) 。从图1 6 ( a ) 可以看出，在一定频率范围内，该介质柱周期介质波导只存 在一个导模，即能够支持单模传输。图1 - 6 ( b ) 贝u 给出单排空气孔型周期介质波导 ( 介质介电常数也为1 3 ) 对t e 偏振的能带结构，同样在一定频率范围内，该 空气孔型周期介质波导只存在一个导模，支持单模传输。需要说明的是，介质柱 周期介质波导对t e 偏振的导带曲线( 空气孔周期介质波导对t m 偏振的导带曲 线) 很接近光锥区域的边界，用这类导模进行导光时，其能量不能够很好的被限 制在波导中，亦即容易发散到波导以外的周围介质中去，造成光波在波导传输中 能量损耗大。因此，针对介质柱周期介质波导，通常选用对t m 偏振的导模( 下 文称t m 模式) ，而在空气孔周期介质波导中，则一般考虑对t e 偏振的导模( t e 模式) 。本论文以介质柱型周期介质波导为例展开后续研究。 2 0 0 6 年，p gl u a n 和k d c h a n g 研究和分析了介质柱周期介质波导的传输 特性 2 4 】，研究结果表明，支持单模传输的单排介质柱周期介质波导能够在一定 弯曲半径内，以任意角度波导弯曲，对一定频率范围内的光波仍保持高传输效率 ( 9 0 以上) 。这使得原本结构简单，尺寸极小的周期介质波导又具备了良好的 传输性能和设计灵活等优点。因此，近几年许多研究者设计出基于周期介质波导 的光波导器件，如光功率分配器【3 4 】，m a c h - z e h n d e r 干涉仪【3 5 】，慢光耦合波导 【3 6 ，波长分离器和偏振分离器【3 7 】，f a b r y p 6 r o t 微谐振腔【3 8 】。相比于同种功 能的光子晶体波导器件，这些基于周期介质波导的器件结构要简单得多，而且可 以保证较好的传输性能的同时较大幅度减小器件尺寸，从而提高器件结构紧凑程 度，更适合p i c 领域的应用。 一般而言，光子晶体波导的导光机理是依靠光子带隙效应。然而d n c h i g r i n 等人详细的研究和论述了基于全内反射导光机理的多排纳米柱( n a n o p i l l a r s ) 光 子晶体波导( 其实质就是由多排单模周期性介质波导构成的波导结构) 的导模特 性 3 9 ，4 0 。研究结果表明，多排纳米柱波导在一定归一化频率范围内支持多个导 模，并且导模数目等于纳米柱波导排数。图1 7 给出2 至5 排纳米柱波导的t m 7 第帝绪论 模式能带结构，阴影部分是光锥，光锥以下的黑色实线表示导带曲线，可以着出 导带的数目与纳米柱排数相等。因此，对于排数等于或者太于3 的纳米柱波导结 构，在适当的频率范围内将存在3 个或者大于3 个导模，亦即支持多模传输。 p f 弋 | 防iiii l ，；i # ：“。1 。u l w a v c v c c l o r 【2 m l 图】7 多捧纳米柱波导的t m 模式能带结构图( 图片来源于文献 3 9 1 ) 。 图l - 8 所示为4 排纳米柱波导中最低4 阶导模的横斑形状分布。相对于波导 沿导光方向的中心对称轴。模式存在奇偶对称性，相应地，导模可分为奇模和偶 模。图中的模i ( 基模) 和模3 ( 2 阶模) 是偶模；模2 ( 1 阶模) 和模4 ( 3 阶 模) 是奇模。 图i - 84 排纳米柱波导中最低4 阶导模的模斑形状分布图( 图片来源于 文献【3 9 】) 。 一1-hgo导 第一章绪论 1 4 本论文的研究内容和组织结构 通过前面三节的介绍可知，基于自成像原理的m m i 光波导器件具有结构紧 凑、插入损耗低、频带宽等许多优点；周期介质波导的尺寸极小、结构简单且 设计灵活，适合用于构建结构十分紧凑的新型光波导器件；并且多排纳米柱波 导( 其实质就是多排单模周期介质波导结构) 支持多个导模传输。因此，本论 文通过构建多模周期介质波导模型，研究非对称输入和对称输入两种情况下多 模周期介质波导中的自成像现象，运用导模传输分析法计算相应的成像位置， 并且在理论计算的基础上设计三种基于周期介质波导自成像原理的m m i 器件： 波长解复用器，波长滤波器和全光逻辑门。这些器件在高集成度的p i c 中均有 着潜在的应用。鉴于硅材料在新型光子器件及集成方面的优势和硅基光子器件 可观的应用前景，本论文所研究的周期介质波导结构与器件结构均选用单晶硅 材料，并且均以介质柱型周期介质波导进行设计和构建。本论文主要内容和研 究思路如下： 首先，本论文研究了非对称输入多模周期介质波导中的自成像现象，并计算 两个不同归一化频率的光波信号在多模周期介质波导中的单重像成像位置。根据 两种光波信号不同的成像位置，选定一个长度适合的多模区，以此为基础设计出 能够将1 31 0 和1 5 5 0n l t l 两个波长的光波信号进行分离输出的波长解复用器。 其次，论文也研究了对称输入多模周期介质波导中的自成像现象，并计算 两个不同归一化频率的光波信号在多模周期介质波导中的单重像和双重像成像 位置。选定一个长度适合的多模区，设计出允许波长1 3 1 0n l t l 的光波信号通过， 而禁止波长1 5 5 0n n 的光波信号通过的波长滤波器。 最后，我们利用多模周期介质波导中的自成像原理，设计出结构紧凑的、尺 寸超小的、多功能的3 3 全光逻辑门。该器件可以实现“或”，“与非”，“或 非”和“非”门4 种逻辑功能。 根据以上的研究思路，本论文在组织结构上做如下安排： 第一章简述了多模波导自成像现象及其分析方法，简单介绍了周期介质波 导及其研究现状。 9 第一章绪论 第二章将研究非对称输入多模周期介质波导中的自成像现象并以此为基础 设计波长解复用器。 第三章将研究对称输入多模周期介质波导中的自成像现象并以此为基础设 计波长滤波器。( 第二章和第三章的研究结果已发表在o p t i c se x p r e s s ，v 0 1 1 7 ， 3 6 5 3 7 8 ，2 0 0 9 ) 第四章将设计和研究基于多模周期介质波导自成像原理的全光逻辑门。( 第 四章的研究结果已发表在p h o t o n i c sa n dn a n o s t r u c t u r e s f u n d a m e n t a l sa n d a p p l i c a t i o n s ，v 0 1 8 ，3 2 - 3 7 ，2 0 l o ) 最后将对本论文的研究工作进行总结和展望。 l o 第一章绪论 参考文献 t l k o c ha n du k o r e n ，“s e m i c o n d u c t o rp h o t o n i ci n t e g r a t e dc i r c u i t s ，”i e e e j q u a n t u m e l e c t r o n ，1 9 9 1 ，2 7 ：6 4 1 - 6 5 3 r n a g a r a j a n , c h j o y n e r , r rs c h n e i d e r , e ta l ， l a r g e - s c a l ep h o t o n i c i n t e g r a t e dc i r c u i t s ，”i e e ej s e l t o p q u a n t ，2 0 0 5 ，11 ：5 0 - 6 5 m k s n a i l “p h o t o n i ci n t e g r a t e dc i r c u i t s ，”ni n t e g r a t e dp h o t o n i c sr e s e a r c h a n da p p l i c a t i o n s n a n o p h o t o n i c sf o ri n f o r m a t i o ns y s t e m s , t e c h n i c a ld i g e s t ( o p t i c a ls o c i e t yo f a m e f i c a ，2 0 0 5 ) ，p a p e ri w b 1 d s l e v y , r s c a r m o z z i n o ，ym l i ，a n dr m o s g o o d ，an e wd e s i g nf o r u l t r a c o m p a c tm u l t i m o d ei n t e r f e r e n c e b a s e d2 2c o u p l e r s ”i e e ep h o t o n t e c h n 0 1 l e t t ，19 9 8 ，10 ：9 6 - 9 8 m b a c h m a n n ，p a b e s s e ，a n dh m e l c h i o r , “g e n e r a ls e l f - i m a g i n gp r o p e r t i e s i nn nm u l t i m o d ei n t e r f e r e n c ec o u p l e r si n c l u d i n gp h a s er e l m i o n s ，”a p p l o p t ，1 9 9 4 ，3 3 ：3 9 0 5 - 3 9 1 1 j l e u t h o l da n dc h j o y n e r , “m u l t i m o d e i n t e r f e r e n c ec o u p l e r sw i t ht u n a b l e p o w e rs p l i t t i n gr a t i o s ，”j l i g h t w a v et e c h n 0 1 ，2 0 01 ，19 ：7 0 0 7 0 7 d a v i d j yf e n ga n dt s l a y , “c o m p a c tm u l t i m o d ei n t e r f e r e n c ec o u p l e r s 谢t l la r b i t r a r yp o w e r s p l i t t i n gr a t i o ，”o p t e x p r e s s ，2 0 0 8 ，16 ：717 5 - 718 0 j b x i a o ，x l 沁a n dx h s u n ，“d e s i g no fa nu l t r a c o m p a c tm m l w a v e l e n g t hd e m u l t i p l e x e ri ns l o tw a v e g u i d es t r u c t u r e s ，”o p t e x p r e s s ，2 0 0 7 ， 15 ：8 3 0 0 8 3 0 8 j k h o n ga n ds s l e e ，“1 2w a v e l e n g t hm u l t i p l e x e rw i t hh i g h t r a n s m i t t a n c e su s i n ge x t r a n e o u ss e l f - i m a g i n gp h e n o m e n o n ，”j l i g h t w a v e t e c h n 0 1 ，2 0 0 7 ，2 5 ：1 2 6 4 - 1 2 6 8 h j k i m ，i p a r k ，b h o ，s gp a r k ，e h l e e ，a n ds gl e e ，“s e l f - i m a g i n g p h e n o m e n ai nm u l t i - - m o d ep h o t o n i cc r y s t a ll i n e - d e f e c tw a v e g u i d e s ：a p p l i c a t i o n t ow a v e l e n g t hd e - m u l t i p l e x i n g ，”o p t e x p r e s s ，2 0 0 4 ，12 ：5 6 2 5 - 5 6 3 3 1 j 1 j 1 j 1 j 1 j 1 j 1 j 1 j 1 一 a 眨 口 h 眵 陋 p 隅 p 第一章绪论 【11 】 【1 2 】 【1 3 】 1 4 】 1 5 】 1 6 】 1 7 】 1 8 】 1 9 】 【2 0 】 【2 l 】 s n a g a i ，qm o r i s h i m a , h i n a y o s h i ，a n dk u t a k a ，“m u l t i m o d ei n t e r f e r e n c e p h o t o n i cs w i t c h e s ，”j l i g h t w a v et e c h n 0 1 ，2 0 0 2 ，2 0 ：6 7 5 - 6 8 1 m p - e a m s h a w , j b d s o o l e ，m c a p p u z z o ，l g o m e z ，e l a s k o w s k i ，a n da p a u n e s c u ，“c o m p a c t ，l o w - l o s s4 4o p t i c a ls w i t c hm a t r i xu s i n gm u l t i m o d e i n t e r f e r o m e t e r s ，”e l e c t r o n l e t t ，2 0 01 ，3 7 ：115 - 116 f w a n g ，j yy a n g ，l m c h e n ，x q j i a n g ，a n dm h w a n g ，“o p t i c a ls w i t c h b a s e do nm u l t i m o d ei n t e r f e r e n c ec o u p l e r ，”i e e ep h o t o n t e c h n 0 1 l e t t ，2 0 0 6 ， l8 ：4 2 1 - 4 2 3 z l i ，yz h a n g ，a n db l i ， t e r a h e r t zp h o t o n i cc r y s t a ls w i t c hi ns i l i c o nb a s e d o ns e l f - i m a g i n gp r i n c i p l e ，”o p t e x p r e s s ，2 0 0 6 ，1 4 ：3 8 8 7 3 8 9 2 y z h a n g ，z l i ，a n db l i ，“m u l t i m o d ei n t e r f e r e n c ee f f e c ta n ds e l f - i m a g i n g p r i n c i p l ei nt w o d i m e n s i o n a ls i l i c o np h o t o n i cc r y s t a lw a v e g u i d e sf o rt e r a h e r t z w a v e s ，”o p t e x p r e s s ，2 0 0 6 ，14 ：2 6 7 9 - 2 6 8 9 z t a n ，t y u ，l f a n g ，s c h e n ，a n dq l i a o ，“d e s i g na n do p t i m i z a t i o no f u l t r a c o m p a c t m u l t i m o d ei n t e r f e r e n c e b a s e dp h o t o n i cc r y s t a lf i l t e r , a c t a p h o t o n i c as i n i c a , 2 0 0 9 ，3 8 ：5 9 2 - 5 9 6 x q j i a n g ，x l i ，h f z h o u ，j yy a n g ，m h w a n g ，yyw u ，a n ds 1 s h i k a w a , c o m p a c t v a r i a b l e o p t i c a l a t t e n u a t o rb a s e do nm u l t i m o d e i n t e r f e r e n c ec o u p l e r , ”i e e ep h o t o n t e c h n 0 1 l e t t ，2 0 0 5 ，1 7 ：2 3 6 1 - 2 3 6 3 l b s o l d a n o ，a h d ev r e e d e ，m k s m i t ，b h v e r b e e k ，e qm e t a a l ，a n de h g r o e n ， “m a c h - z e h n d e ri n t e r f e r o m e t e r p o l a r i z a t i o ns p l i t t e r i n i n g a a s p l n p , ”i e e ep h o t o n t e c h n 0 1 l e t t ，1 9 9 4 ，6 ：4 0 2 4 0 5 ys h i ，d d a i ，a n ds h e ，“p r o p o s a lf o ra l lu l t r a c o m p a c tp o l a r i z a t i o n - b e a m s p l i t t e rb a s e do nap h o t o n i c - c r y s t a l - a s s i s t e dm u l t i m o d ei n t e r f e r e n c ec o u p l e r , i e e ep h o t o n t c c h n 0 1 l e t t 19 ：8 2 5 8 2 7 ( 2 0 0 7 ) z l i ，z c h e n ，a n db 。l i ，“o p t i c a lp u l s ec o n t r o l l e da l l o p t i c a ll o g i cg a t e si n s i g e s im u l t i m o d ei n t e r f e r e n c e ，”o p t e x p r e s s ，2 0 0 5 ，1 3 ：1 0 3 3 - 1 0 3 8 s j o h n ，“s t r o n gl o c a l i z a t i o no fp h o t o n si n c e r t a i nd i s o r d e r e dd i e l e c t r i c s u p e r l a t t i c e s ，”p h y s r e v l e t t ，19 8 7 ，5 8 ：2 4 8 6 - 2 4 8 9 1 2 第一章绪论 【2 2 】e y a b l o n o v i t c h ，“i n h i b i t e ds p o n t a n e o u se m i s s i o ni ns o l i d s t a t ep h y s i c sa n d e l e c t r o n i c s ，”p h y s r e v l e t t ，1 9 8 7 ，5 8 ：2 0 5 9 2 0 6 2 2 3 】s f a n , j d j o a n n o p o u l o s ，j n w i n n , a d e v e n y i ，j c c h e n ，a n dr d m e a d e ，g u i d e da n dd e f e c tm o d e si np e r i o d i cd i e l e c t r i cw a v e g u i d e s ，j o p t s o e a m b ，1 9 9 5 ，1 2 ：1 2 6 7 1 2 7 2 【2 4 】pgl u a na n dk d c h a n g ，“t r a n s m i s s i o nc h a r a c t e r i s t i c so ff i n i t ep e r i o d