Wang, Fengwen

Lys kan udbrede sig meget langsommere i fotoniske krystalbølgeledere og plas-moniske bølgeledere end i vakuum. Langsom lysudbredelse i bølgeledere giver store muligheder inden for f.eks. terabit kommunikationssystemer. Desværre udviser de en række uheldige egenskaber såsom kraftig signal omformning og et højt udbredelsestab. Desuden er disse bølgeledere meget følsomme over for unøjagtigheder i fremstillingsprocessen. Formålet med denne afhandling er at afhjælpe disse svagheder ved hjælp af systematiske designmetoder baseret på topologioptimering af materialefordelingen i bølgelederne.For at afhjælpe signalforvrængninger i bølgeledere, udvikles en optimeringsfor-mulering til at tilpasse hældningen på dispersionskurven. Et robust design opnåsved at inkludere forskellige fremstillingsprocesser i optimeringen. Både fri-og fast-topologi (f.eks. cirkulære huller) optimerede bølgeledere kan opnås ved brug af to forskellige parametriseringer. En detaljeret sammenligning viser, at båndbredden kan forøges signifikant ved at tillade uregelmæssige geometrier i bølgelederne.En optimeringsformulering præsenteres med henblik på at mindske udbredelsestab i de fotoniske krystalbølgeledere. Denne tilgang bliver anvendt til at designe fri topologi bølgeledere. Numeriske resultater illustrerer, at langsomt lys i de optimerede bølgeledere har et signifikant mindre udbredelsestab og samtidig holder en konstant båndbredde.Den udviklede optimeringsformulering anvendes yderligere til at designe metal-dielektrisk-metal plasmoniske bølgeledere. Det vises, at de optimerede bølgeledere muliggør dispersionsløs langsom lysudbredelse. Yderligere undersøgelser viser, at tabet i metal kan kompenseres ved at integrere aktive medier i den optimerede bølgeleder, uden at det medfører yderligere signalforvrængninger.Light can propagate much slower in photonic crystal waveguides and plasmonicwaveguides than in vacuum. Slow light propagation in waveguides shows broadprospects in the terabit communication systems. However, it causes severe signaldistortions and displays large propagation loss. Moreover it is vulnerable to manufacturing disorders. This thesis aims to design novel waveguides to alleviate signal distortions and propagation loss using optimization methodologies, and to explore the design robustness with respect to manufacturing imperfections.To alleviate the signal distortions in waveguides, an optimization formulationis presented to tailor the slope of the dispersion curve. The design robustnessis enforced by considering different manufacturing realizations in the optimizationprocedure. Both free- and fixed-topology (circular-hole based) slow light photonic crystal waveguides are obtained using two different parameterizations. Detailed comparisons show that the bandwidth of slow light propagation can be significantly enhanced by allowing irregular geometries in the waveguides.To mitigate the propagation loss due to scattering in the photonic crystal waveg-uides, an optimization problem is formulated to minimize the average propagation loss of the designed modes. The presented approach is employed to design a free-topology slow light waveguide. Numerical result illustrates that slow light propagation in the optimized waveguide displays significantly suppressed propagation loss while keeping the same bandwidth.The first optimization formulation is further employed to design slow light metal-dielectric-metal plasmonic waveguides. It is shown that dispersionless slow lightpropagation is achieved in the optimized plasmonic waveguide. Further study reveals that the loss in metal can be compensated by integrating gain media in the optimized waveguide, while keeping negligible signal distortions

Online Research Database In Technology

Systematic Design of Slow Light Waveguides

http://orbit.dtu.dk/ws/files/38488317/DCAMM_report_S145.pdf

Systematic Design of Slow Light Waveguides

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Online Research Database In Technology