[發明專利]一種新型光子晶體波分復用器件

無效

• 申請號: 01123957.3
• 申請日: 2001-08-08
• 公開（公告）號: CN1400749A
• 公開（公告）日: 2003-03-05
• 發明（設計）人: 金崇君;程丙英;張道中
• 申請（專利權）人: 中國科學院物理研究所
• 主分類號: H04B10/12
• 分類號: H04B10/12;G02B6/24
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種微波和光波的波分復用器件，特別是涉及光波波解用和波復用器件。

在光纖通訊中，光纖可以傳送極寬頻率范圍內的信號，因此如何將不同頻率攜帶的不同信號的光耦合到一根光纖中，及如何提取光纖傳送的不同頻率的波所攜帶的信號，就成為拓展光纖通訊容量的一個重要研究方向，即所謂的波分復用技術。

光子晶體是由二種或二種以上介質周期排列而形成的人造晶體。光子晶體的光子帶結構中存在著光子帶隙，當光子的頻率在光子帶隙內時，光子不能在光子晶體內沿任何方向傳播。然而當在光子晶體中引入缺陷時，就可能在光子帶隙內引入一個缺陷模，這樣光子晶體就可用于濾波器等方面。近來已有文獻(文獻1，S.Fan，P.?villenuve，and?J.D.Joannopoulos，通過局域態的溝道下降隧穿，物理評論快報，80卷，960(1998))報道，通過溝道下降隧穿(Channel?droptunneling)方法形成光子晶體的波解用器件(如圖1所示)。在光子晶體波導1和2中間存在一個耦合器，通過這個耦合器，當波導1中有光波通過時，該耦合器可將其中一中心頻率為f₁的極窄頻帶的光波從波導1轉移到波導2中向前傳播。這樣就可以將頻率為f₁的光從波導1中分離出來。重復該過程，即可將所有不同頻率的光從波導1中分離出來，從而實現了波解用器件的功能。然而這種以溝道下降隧穿實現波解用過程存在缺點：為了使在波導1中的頻率為f₁的光完全隧穿到波導2中，用于隧穿過程的耦合單元必含有二個以上的腔體才能達到較高的隧穿效率，這樣使整個系統的設計和制造非常復雜。

本發明的目的在于克服已有技術的缺點，提出一種新型的實現波分復用功能的光子晶體波解用和波復用器件，通過引入缺陷或微腔，利用微腔的共振耦合作用及對稱的光路設計，提高了器件的使用效率。

本發明的目的是這樣實現的：

對于波解用器件，根據模式耦合原理，在光子晶體的缺陷C前后引入二個波導1和2(如圖2所示)，由波導1進入的光波，只有在缺陷模的頻率上，才能通過缺陷(或微腔)的共振耦合，完全耦合到波導2中。這樣由波導1經微腔的直接共振耦合到波導2就完成了某一單一窄頻帶的提取過程。若該單元(含不同的微腔)繼續組合，就可將不同的頻率分開。對于這種單元的不同組合，波解用的效率是不同的。為了盡可能地提高所有波段的濾出效率，使所有微腔(或缺陷)相對于入射波導對稱。如圖3所示，A表示構成二維光子晶體的電介質圓柱“原子”；C3和C4是在原光子晶體的晶格格點上去掉“原子”后引入的缺陷(或微腔)；這些缺陷引入的缺陷模的波長分別為λ₃和λ₄。當含有波長分別為λ₃和λ₄的入射波沿入射波導進入光子晶體內時，經與C3、C4的共振耦合，λ₃和λ₄就分別從下、上兩波導口出來，完成了分離不同頻率的功能。此即一種最簡單的光子晶體波解用器件。其中關鍵是利用了微腔的共振耦合作用；同時這兩路光路對稱，即缺陷到光波入口的路徑完全一致。該結構可使這二個濾出波段達到最高效率，即與光波從入口耦合到相應直波導(如圖4所示)的效率一致。此時波解用的效率接近100％。

同樣原理，還可設計出多于一對信道的多對信道的波解用器件。

對于波復用器件，也應用同樣原理來設計。此時，引入的缺陷是一個個獨立的微腔激光器。通過調整微腔模體積大小，使微腔輻射出不同頻率的激光。這些頻率各異的激光經不同的路徑匯集到總的光子晶體波導上(如圖7所示)。其中C5和C6是兩個微腔激光器，產生的波長分別為λ₅和λ₆的激光經過不同的路徑匯合到光子晶體波復用器件的出口。

根據需要，同樣可設計出多于一對的多對微腔激光器組成的波復用器件。

本發明的波分復用器件可在二維或三維光子晶體上實現。

本發明的光子晶體波分復用器件的設計原理簡單；模擬過程所用的時間和優選過程大大縮小；由于該器件結構對稱，易于增大波分復用的信道數目；無論是波解用，還是波復用器件的效率都很高，損耗小。

下面將結合附圖及實施例對本發明做進一步說明：

圖1：一種光子晶體波解用器件示意圖，

圖2：波分復用器件原理，

圖3：實施例1的二維光子晶體波解用器件截面圖，

圖4：相應于圖3的光子晶體直波導，