调控二维光子晶体耦合腔波导的慢光特性：关键结构参数研究

本文主要探讨了二维光子晶体耦合腔光波导中，波导基本结构对其慢光特性的重要影响。光子晶体是一种人工设计的周期性光介质结构，通过在常规介质中引入有序的缺陷，形成周期性的禁带结构，从而控制光的传播特性。在这个研究中，关键的结构参数包括微腔之间的距离n，填充因子r/a（即普通介质柱和缺陷柱的比例），以及缺陷柱的尺寸rd。 首先，作者发现微腔间距n对光子晶体禁带中的慢光导模传输有显著影响。当n增大时，导模群速度vg（光波在介质中的传播速度）会急剧减小，这意味着光的传播受到更大的阻碍，从而实现了慢光效应。这是由于更大的间距会导致光子在缺陷区域反射更多，从而减慢其整体传播速度。 其次，填充因子r/a和缺陷柱尺寸rd也对慢光特性有决定性作用。当这两个参数增加时，导模会向低频方向移动，即向更长的波长移动，这进一步降低了vg。然而，当填充因子和缺陷柱尺寸降低到一定程度后，vg会达到最小值。继续增大这些参数，vg反而开始回升，表明存在一个优化设计窗口，可以通过精细调整结构参数来控制慢光的传输特性。 具体到实验设置，当微腔之间的介质柱个数为6，普通介质柱尺寸r=0.22a（a为光子晶体晶格常数），缺陷柱尺寸rd=0.12a时，研究者得到了导模群速度的最大值vg_max < 1.93×10^-3 c，而带边处的vg甚至小于10^-4 c。这个结果表明，通过精确设计光子晶体耦合腔的结构，可以实现对慢光的高效调控，这对于光子晶体功能器件的设计和应用具有重要的实际意义，如光存储、光开关、光滤波器等。 总结来说，该研究揭示了波导基本结构在光子晶体耦合腔光波导中对慢光行为的控制能力，这对于理解和优化光子晶体技术在光通信、光电子学等领域具有重要的理论价值和实践指导意义。未来的研究可能进一步探索更多参数组合和新型结构，以满足更广泛的应用需求。