Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Cộng hưởng dẫn sóng và linh kiện quang tử lưỡng trạng thái ổn định sử dụng cấu trúc tinh thể quang tử một chiều

Đề tài nghiên cứu nhằm thiết kế và mô phỏng cấu trúc tinh thể quang tử một chiều bao gồm cấu trúc đơn cách tử và cấu trúc ghép cặp cách tử, nghiên cứu và khảo sát các đặc trưng cộng hưởng dẫn sóng đối với hai cấu trúc đơn cách tử và ghép cặp cách tử; khảo sát đặc trưng lưỡng trạng thái ổn định trong cấu trúc đơn cách tử, nâng cao hiệu suất của linh kiện quang tử lưỡng trạng thái ổn định.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Cộng hưởng dẫn sóng và linh kiện quang tử lưỡng trạng thái ổn định sử dụng cấu trúc tinh thể quang tử một chiều ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- HOÀNG THU TRANG CỘNG HƢỞNG DẪN SÓNG VÀ LINH KIỆN QUANG TỬ LƢỠNGTRẠNG THÁI ỔN ĐỊNH SỬ DỤNG CẤU TRÚC TINH THỂ QUANG TỬ MỘT CHIỀU LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – 2014 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- HOÀNG THU TRANG CỘNG HƢỞNG DẪN SÓNG VÀ LINH KIỆN QUANG TỬ LƢỠNGTRẠNG THÁI ỔN ĐỊNH SỬ DỤNG CẤU TRÚC TINH THỂ QUANG TỬ MỘT CHIỀU Chuyên ngành: Vật lý chất rắn Mã số: 60440104 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CÁN BỘ HƢỚNG DẪN: TS. NGÔ QUANG MINH Hà Nội – 2014 LỜI CẢM ƠN Luận văn này đã được hoàn thành tại Phòng Vật liệu và Ứng dụng quang sợi– Viện Khoa học Vật liệu – Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, dướisự hướng dẫn của TS. Ngô Quang Minh. Đầu tiên tôi xin được bày tỏ l ng iết ơn sâu sắc của mình tới TS. NgôQuang Minh, người thầy đã dành rất nhiều thời gian và tâm huyết hướng dẫn nghiêncứu và giúp tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp. Tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn đối với các thầy cô giáo, các anh chị và bạnhọc tại Khoa Vật lý – Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia HàNội, đã tận tình giảng dạy và chỉ bảo cho tôi trong những năm học qua. Tôi xin gửi lời cảm ơn tới tất cả các thầy/cô và anh/chị phòng Vật liệu vàỨng dụng quang sợi, những người đã nhiệt tình đóng góp ý kiến và giúp đỡ tôitrong quá trình nghiên cứu. Luận văn này được hoàn thành với sự hỗ trợ kinh phí từ đề tài Nghiên cứu cơbản trong khoa học tự nhiên (NAFOSTED) mã số 103.03-2013.01. Cuối cùng, tôi xin được cảm ơn ạn è và người thân đã tạo điều kiện giúpđỡ tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu. Hà Nội, ngày tháng năm 2014 Học viên Hoàng Thu Trang MỤC LỤC TrangLời cảm ơnMục lụcDanh mục các hình vẽDanh mục các ký hiệu viết tắtMỞ ĐẦU 1CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 3 1.1. Tinh thể quang tử…………………………………………………... 3 1.1.1. Khái niệm về tinh thể quang tử………………………………. 3 1.1.2. Tinh thể quang tử một chiều…………………………………. 4 1.2. Cộng hưởng dẫn sóng và ộ lọc quang học……………………….. 6 1.2.1. Cộng hưởng dẫn sóng………………………………………… 6 1.2.2. Bộ lọc quang học…………………………………………….. 9 1.3. Linh kiện quang tử lưỡng trạng thái ổn định………………………. 10 1.3.1. Chuyển mạch quang………………………………………….. 10 1.3.2. Nguyên lý lưỡng ổn định quang học………………………… 11 1.3.3. Hệ lưỡng ổn định quang học………………………………… 14CHƢƠNG 2: PHƢƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VÀ MÔ PHỎNG 17 2.1. Lý thuyết dẫn sóng cộng hưởng (Rigorous coupled-wave theory – 17RCWT)……………………………………………………………………… 2.2. Lý thuyết về ộ dao động quang học………………………………. 19 2.3. Lý thuyết ghép cặp trực tiếp hai ộ cộng hưởng…………………… 25 2.4. Lý thuyết ghép cặp gián tiếp hai ộ cộng hưởng…………………... 27 2.5. Phương pháp sai phân hữu hạn trong miền thời gian……………… 28CHƢƠNG 3: CỘNG HƢỞNG DẪN SÓNG SỬ DỤNG CẤU TRÚC 38ĐƠN CÁCH TỬ VÀ GHÉP CẶP CÁCH TỬ 3.1. Cộng hưởng dẫn sóng sử dụng cấu trúc đơn cách tử………………. 38 3.2. Cộng hưởng dẫn sóng trong cấu trúc ghép cặp cách tử……………. 40CHƢƠNG 4: LINH KIỆN QUANG TỬ LƢỠNG TRẠNG THÁI ỔNĐỊNH DỰA TRÊN HIỆU ỨNG CỘNG HƢỞNG DẪN SÓNG TRONG 45CẤU TRÚC ĐƠN CÁCH TỬ 4.1. Linh kiện quang tử lưỡng trạng thái ổn định trong cấu trúc đơn 45cách tử………………………………………………………………………. 4.2. Nâng cao hiệu suất của linh kiện quang tử sử dụng màng mỏng kimloại để tăng hệ số phẩm chất và giảm cường độ quang đầu vào của linh kiện 47chuyển mạch…………………………………………………………………KẾT LUẬN 55KẾ HOẠCH TIẾP THEO 56DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ 57TÀI LIỆU THAM KHẢO 58Phụ lục 62 Danh mục các hình vẽ TrangHình 1.1. Cấu trúc tinh thể quang tử 1D, 2D, và 3D…………………….. 4Hình 1.2. Cấu trúc tinh thể 1D. Cấu trúc này gồm các lớp vật liệu vớichiết suất khác nhau có giá trị không đổi nằm xen kẽ nhau với chu kỳ 5tuần hoàn là a……………………………………………………………..Hình 1.3. Vùng cấm quang của tinh thể quang tử một chiều với hằng sốmạng a, độ rộng của lớp điện môi là 0.2a và độ rộng của lớp không khí 5là 0.8a…………………………………………………………………….Hình 1.4. Phản xạ Bragg………………………………………………… 7Hình 1.5. (a) Tia phản xạ và tia truyền ...