二维光子晶体中波导与微腔耦合的研究的开题报告.docx

二维光子晶体中波导与微腔耦合的研究的开题报告

一、研究背景与意义

随着光纤通信和光电信息技术的广泛应用和快速发展，对于高效、低损失、小尺寸的光学器件的需求越来越迫切。其中，光子晶体作为一种新型的光学材料，具有优异的光学特性和广泛的应用前景，其中包括了微腔和波导结构的光子晶体。微腔是一种能够将光子囚禁在其中使之得以在其中停留的结构，而波导是一种能够引导光子在其中传播的结构，二者的结合可以实现光学器件中的功能。因此，研究在二维光子晶体中波导与微腔的耦合问题具有重要的理论和实际意义。

二、研究内容与目标

本文将通过数值计算和理论研究的方法，对二维光子晶体中波导与微腔的耦合问题进行研究，重点包括以下几个方面：

1.利用计算机仿真软件，在不同的光子晶体结构中设计不同形状和尺寸的波导与微腔的结构，进行光学仿真分析，评估其性能，并找到最适合的结构形式。

2.进行理论模型的分析和计算，研究波导与微腔的耦合方式，探讨不同耦合方式的优缺点、适应范围等。

3.将仿真结果与理论计算相互比较，分析其差异的原因，并尝试提出优化方案，以提高波导与微腔的耦合效率，并优化器件的工作性能。

三、研究方法和技术路线

1.利用计算机仿真软件AnsysLumerical，建立二维光子晶体波导和微腔的模型，进行光学分析，评估其性能，并选出最优模型。

2.基于传输矩阵法和Bloch模式展开理论，建立二维光子晶体中波导与微腔耦合的理论模型，探讨不同耦合情况的性能差异，并通过数值计算加以验证。

3.将仿真结果与理论计算相互比较，分析二者之间的差异，提出优化方案，并在仿真软件中进行验证。

四、研究预期成果和意义

本文的研究成果将为光学器件设计和制造提供可靠的理论依据和优化方案，具体表现如下：

1.研究通过不同形状和尺寸的波导和微腔结构的组合方式，优化波导与微腔的耦合效率，提高光学器件的性能。

2.研究不同耦合方式的优缺点和适应范围，为光学器件的设计提供经验参考，并为未来更复杂的器件提供理论指导。

3.为基于光子晶体的微纳光子器件的制造提供可行的理论依据。

综上，本研究对于发展光子晶体材料的理论基础，推动光电通信和信息技术的发展等方面具有重要意义。