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研究生:林育民
研究生(外文):LIN,YU-MIN
論文名稱:二維光子晶體環形共振腔式分波多工器之研究
論文名稱(外文):Study of Ring Resonator Type Wavelength-Division Multiplexer for Two-Dimensional Photonic Crystals
指導教授:林義彬林義彬引用關係
指導教授(外文):LIN,YIH-BIN
口試委員:林義彬劉竹峯陳瑞鑫
口試委員(外文):LIN,YIH-BINLIOU,JHU-FONGCHEN,RUEI-SHIN
口試日期:2016-07-13
學位類別:碩士
校院名稱:龍華科技大學
系所名稱:電機工程系碩士班
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2016
畢業學年度:104
語文別:中文
論文頁數:78
中文關鍵詞:光子晶體環形共振腔分波多工器
外文關鍵詞:photonic crystalsRing Resonatorcavitywavelength-division multiplexer
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在光積體電路中,分波多工器是光通訊系統中的重要元件。本論文使用二維光子晶體四方晶格介電柱為主要架構,在線缺陷波導中加入介電柱共振腔濾波器,旁邊則設置一環形共振腔濾波器,設計出一個環形共振腔式分波多工器。
本論文提出之一種環形共振腔式分波多工器為一個輸入端及兩個輸出端所組成的結構,輸出端一為介電柱共振腔濾波器,輸出端二由環形共振腔濾波器組成,它可以將不同波長的光訊號傳送到不同的輸出端。我們共分析了三種不同大小的環形共振腔濾波器,其中央介電柱的排列分別為2x2、3x3、以及4x4的大小,藉以找出較佳的傳輸特性,並與介電柱共振腔濾波器搭配,設計出本論文之分波多工器。
本論文所提出之分波多工器具有分離雙波長的特性,藉由改變環形共振腔和介電柱共振腔濾波器之設計參數,我們可以選擇適合的中心頻率,並達到高傳輸的特性,其傳輸效率在2x2環形共振腔結構為 98%、3x3環形共振腔結構為92%、以及4x4環形共振腔結構為83%,為一個高效率的分波多工器。
本論文所提出之結構,具有結構簡單,濾波特性中心頻率可調整、傳輸率高等優點,因此在未來的光學元件亦或是光積體電路應用上都具有實用性。

In the optical integrated circuits, wavelength-division multiplexers (WDM) optical communication system is an important element. In this paper the use of two-dimensional photonic crystal cubic lattice dielectric column is the main structure.
The line defect waveguide resonant cavity filter was added, then a ring resonant cavity is arranged at the side,the two resonant cavities form the design of a ring resonant cavity type WDM;this paper presents a ring resonant cavity type WDM.
The proposed structure consists of one input port and two output ports,output port 1 is a resonant cavity filter. Output port 2 is composed of ring resonant cavity.
In this paper, we propose a new design of WDM with dual wavelength channels. by changing the design parameters of ring resonant cavity and resonant cavity filters, the center frequency and efficiency of the transmission spectrum can be well tuned.
The transmission efficiency is 98% for 2x2 ring cavity, 92% for 3x3 ring cavity, and 83% for 4x4 ring cavity the proposed WDM has a simple structure, with a tunable center frequency and high transmission efficiency. Therefore, this device is potentially practical in the future for the application of integrated optical circuits.

摘要 i
ABSTRACT ii
誌謝 iii
目錄 iv
表目錄 vi
圖目錄 vii
第一章導論 1
1.1光子晶體簡介 1
1.2吸收邊界條件 4
1.3研究動機 6
1.4論文架構 6
第二章 數值方法 7
2.1 馬克斯威爾方程式 7
2.2 平面波展開法 9
2.2.1 橫向電場模態 (TE Mode) 11
2.2.2 橫向磁場模態 (TM Mode) 12
2.3 時域有限差分法 13
2.3.1 Yee演算法及Yee晶格 13
2.3.2 中央差分展開馬克斯威爾方程式 15
第三章文獻回顧 17
3.1 連續介電柱式分波多工器[11] 17
3.2 環形共振腔式分波多工器[12] 19
3.3 環形共振腔與方向耦合器組成之分波多工器[13] 21
第四章 環形共振腔式濾波器 23
4.1 環形2x2共振腔式濾波器 24
4.1.1環形2x2共振腔改變中央介電柱半徑之研究 26
4.1.2環形2x2共振腔改變耦合介電柱半徑之研究 30
4.1.3 環形2x2共振腔改變輸出波導介電柱位置 34
4.2 環形3x3共振腔式濾波器 37
4.2.1環形3x3共振腔式濾波器改變中央介電柱半徑之研究 37
4.2.2環形3x3共振腔改變耦合介電柱半徑之研究 41
4.2.3改變環形共振腔輸出波導處介電柱位置 44
4.2.4環形3x3共振腔中央9顆介電柱之間距 47
4.3 環形4x4共振腔式濾波器 49
4.3.1 環形4x4共振腔改變中央介電柱半徑之研究 49
4.3.2 環形4x4共振腔改變耦合介電柱半徑之研究 52
4.3.3 改變環形共振腔輸出波導介電柱位置 55
4.4 介電柱共振腔濾波器 58
第五章 環形共振腔式分波多工器 62
5.1環形2x2共振腔式分波多工器 63
5.2環形3x3共振腔式分波多工器 67
5.3環形4x4共振腔式分波多工器 71
第六章 結論 76
參考文獻 77

[1]E. Yablonovitch, “Inhibited spontaneous emission in solid-state physics and electronics,” Phys. Rev. Lett. , vol. 58, no. 20, pp. 2059-2062, May. 1987.
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[8]http://www.birthstonezodiac.com/birthstones/october-birthstone/
[9]http://s950449emailbhestpcedutw.blogspot.tw/2011/01/blog-post_2817.html
[10]http://pansci.asia/archives/32942
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[17]吳鴻林,二維光子晶體之分波解多工器設計,碩士論文龍華科技大學,電機工程研究所,桃園,2006.
[18]蘇鼎文,二維光子晶體四方晶格濾波器之設計與分析,碩士論文龍華科技大學,電機工程研究所,桃園,2012.
[19]蔡建弘,二維光子晶體濾波器式分波多工器之設計,碩士論文龍華科技大學,電機工程研究所,桃園,2015.

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