1、光子晶體器件利用帶隙約束導(dǎo)光機(jī)制，具有傳統(tǒng)器件所沒有的特性，并且器件尺寸很小，是未來集成光路元件的理想選擇。因此，它們在過去的二十年中得到了廣泛的研究。本文對基于光子晶體的新型光器件——光子晶體耦合光開關(guān)的一些關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究，主要包括：設(shè)計(jì)了三種不同的光子晶體耦合開關(guān)結(jié)構(gòu)，利用平面波展開法（PWE）以及有限差分時域法（FDTD）進(jìn)行了仿真，并對這些耦合開關(guān)的結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行了分析，從而為光子晶體光開關(guān)矩陣的深入研究打下了基礎(chǔ)。

2、 在緒論中，主要對本課題所涉及的理論基礎(chǔ)和研究背景進(jìn)行了綜述。首先介紹了光子晶體的理論基礎(chǔ)，以及為了對光子晶體器件進(jìn)行研究和計(jì)算所需的數(shù)值模型，包括PWE和FDTD；然后對光子晶體波導(dǎo)的耦合特性進(jìn)行了分析，為后面幾章中設(shè)計(jì)光子晶體耦合開關(guān)結(jié)構(gòu)提供了理論依據(jù)；最后對慢光的概念和研究進(jìn)展進(jìn)行了介紹。 在上述的基礎(chǔ)上，論文的第二章提出了一種新型的低串?dāng)_短耦合長度耦合器結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)可以克服目前已報道的光子晶體耦合結(jié)構(gòu)具有高串?dāng)_和長耦合

3、長度的缺點(diǎn)。該結(jié)構(gòu)采用的是一種級連結(jié)構(gòu)，即一段具有低串?dāng)_長耦合長度的前端波導(dǎo)、一段具有高串?dāng)_短耦合長度的耦合波導(dǎo)以及一段具有低串?dāng)_長耦合長度的后端波導(dǎo)。這一結(jié)構(gòu)在具有很短的總耦合長度的同時還可以獲得很低的串?dāng)_。利用PWE以及FDTD對該結(jié)構(gòu)進(jìn)行了仿真。通過仿真，獲得了較低的串?dāng)_，以及較短的總耦合長度。在2乘2方向耦合器的基礎(chǔ)上，還設(shè)計(jì)了一種4乘4的光子晶體耦合開關(guān)矩陣，以實(shí)現(xiàn)信號在多條傳輸路徑之間的轉(zhuǎn)換，通過數(shù)值實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)器件良好

4、的傳輸性能。 論文的第三章對信號在光子晶體耦合結(jié)構(gòu)中傳輸?shù)膭討B(tài)控制進(jìn)行了研究?，F(xiàn)有的電控方法是在光子晶體材料中灌入液晶，然后通過改變所加電場的方向來改變耦合狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)動態(tài)開關(guān)控制。然而，這種電控的方法不能很好地滿足光通信系統(tǒng)對于信號高速傳輸?shù)囊?，而且它需要有很多外加的輔助器件來實(shí)現(xiàn)。一種更為有潛力的方法是利用光控來改變信號光的傳輸方向。根據(jù)最近的研究成果，群速度很慢的光，即慢光，是一種可以應(yīng)用在光子晶體方向性耦合開關(guān)中的理

5、想的控制光。這種光可以增大由折射率的微變所造成的相移，從而改變光子晶體材料的折射特性。在一些相關(guān)研究成果的基礎(chǔ)上，本章提出了一種2乘2方向耦合開關(guān)設(shè)計(jì)，這一設(shè)計(jì)可以利用慢群速度控制光來實(shí)現(xiàn)對傳輸信號傳輸狀態(tài)的動態(tài)控制。通過FDTD數(shù)值實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，可以通過光控光的簡單方式來實(shí)現(xiàn)對信號光傳輸?shù)膭討B(tài)控制。 論文的最后部分對動態(tài)光子晶體耦合開關(guān)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了進(jìn)一步探討。由于利用諧振腔來實(shí)現(xiàn)耦合的光子晶體耦合器件是一種能很好地實(shí)現(xiàn)動態(tài)開關(guān)的

6、結(jié)構(gòu)，因此本章給出了一種諧振腔耦合開關(guān)的設(shè)計(jì)，并且通過加入控制光來改變這種器件的關(guān)鍵部分——諧振腔的參數(shù)，從而簡便地改變器件的光特性，實(shí)現(xiàn)對信號光的動態(tài)控制。利用FDTD仿真表明，可以成功地實(shí)現(xiàn)信號的動態(tài)開關(guān)，說明了這種結(jié)構(gòu)作為動態(tài)開關(guān)矩陣的可能性。 本論文的研究主要針對基于光子晶體這種新型材料的各種新型耦合開關(guān)器件展開，即對平面光子晶體光開關(guān)進(jìn)行設(shè)計(jì)和分析。所提出的幾種結(jié)構(gòu)均有不同的創(chuàng)新點(diǎn)，為后續(xù)的研究打下了基礎(chǔ)。這些研究結(jié)果