Ge20Sb15Se65硫基光子晶体波导的宽带慢光特性研究

本文主要研究了Ge20Sb15Se65硫基光子晶体平板波导的宽带慢光特性，通过改变最内层两排空气孔的半径来调整波导的能带结构、群折射率和色散，以实现优化的慢光效果。 文章中提到的研究集中在集成光学领域，特别是光子晶体和硫系玻璃材料的应用。光子晶体是一种具有周期性结构的材料，它可以控制光的行为，包括光的传播速度。在这种情况下，研究者采用Ge20Sb15Se65硫基材料，因其在红外光谱区域的高非线性和优良的光学性质，使其成为制造光子晶体波导的理想选择。 通过三维平面波展开法（PWE）进行计算，研究人员分析了波导的能带结构，这是决定光在材料中传播方式的关键因素。能带结构决定了光的允许传播模式和禁带，从而影响光的传输效率。此外，他们还研究了群折射率和色散，这两个参数对于理解和设计慢光系统至关重要。群折射率决定了光波包的传播速度，而色散则描述了不同频率光波的速度差异。 在研究过程中，通过对第一层和第二层空气孔半径的优化，研究人员设计出了一种对称型硫系光子晶体波导结构，其具有零群速度色散的特性。这种结构在20%的空气孔半径变化范围内，可以实现不同的群折射率，分别是125、40和18，对应通信波长的带宽分别为1.7、5.6和9.7纳米。这样的宽带慢光特性对于提高光信号处理能力和数据传输速率有显著的优势。 文章进一步探讨了折射率对光子晶体波导慢光性能的影响，这对于理解和改进光子晶体的光学设计至关重要。非线性光学效应在这些波导中也起着重要作用，因为它们能够增强光与材料相互作用的效果，为开发高效率的光学设备提供了可能性。 该研究为高非线性、低色散的宽带慢光硫基光子晶体平板波导器件的设计和制造提供了坚实的理论基础，这将有助于推动集成光学领域的发展，特别是在光通信和光信息处理等应用中。这项工作强调了精确控制光子晶体结构以实现理想慢光特性的必要性，并为未来的研究和技术创新指明了方向。