[發明專利]慢光控制光子晶體耦合開關

無效

• 申請號: 200710043440.5
• 申請日: 2007-07-05
• 公開（公告）號: CN101078851A
• 公開（公告）日: 2007-11-28
• 發明（設計）人: 曲揚;姜淳
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G02F1/35
• 分類號: G02F1/35;G02B6/12;G02B6/26
• 代理公司: 上海交達專利事務所
• 代理人: 毛翠瑩

技術領域

本發明涉及一種光子晶體耦合開關，尤其涉及一種慢光控制的非線性材料光子晶體耦合開關，適用于光通信系統和集成光路。

背景技術

集成光路將會是下一代光通信系統的主要器件，它具有成本低、體積小、容易批量生產等優點。作為最有潛力的集成光路實現材料，光子晶體得到了廣泛的重視。光子晶體由周期性排列的電介質材料組成，可以禁止某些頻率范圍的光通過，這種現象被稱為光子帶隙。利用這種特性，通過在材料中造成一定的缺陷，就可以實現光信號的傳輸。光子晶體耦合開關是集成光路的關鍵元器件之一。目前對于靜態的光子晶體耦合器已有較多的研究成果，能夠用較短的耦合長度來實現信號的耦合，同時得到較高的消光比以及較大的帶寬。然而實現動態的光子晶體耦合開關仍然是一個有待探討的主題。一種方式是在光子晶體材料中注入部分液晶，通過施加不同的電壓來改變材料的電介質特性，從而改變信號的耦合狀態。然而這種電控方式速度較慢，無法達到高速交換的要求，同時為了實現電控還需要很多額外的設備。更理想的方式是通過加入控制光來實現對開關狀態的控制，實現全光的方式。

最近的理論研究結果表明，與正常群速度的光脈沖相比，群速度較慢的光(即慢光)具有在較低操作功率的條件下能夠改變材料電介質特性的特點，利用這種光來作為光子晶體耦合開關的控制光可以實現超低功耗開關狀態的改變。目前國內外還沒有相關的技術公開報導。

因此，對慢光控制的光子晶體耦合開關進行研究，是面向未來光通信系統和網絡的集成光子器件的重要主題。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足，提出一種慢光控制光子晶體耦合開關，用較短的耦合長度動態地實現耦合開關狀態的改變。

為實現這樣的目的，在本發明的技術方案中，在背景材料中加入與背景材料介電常數不同的介質棒，介質棒按照方形晶格或六邊形晶格排列，晶格常數為a。通過移除兩排介質棒來實現兩條信號傳輸線缺陷波導，使兩條信號傳輸線缺陷波導具有克爾非線性效應。兩條信號傳輸線缺陷波導之間由奇數排介質棒隔開，改變位于奇數排介質棒中心的一排介質棒的半徑，使其成為控制光線缺陷波導。

在沒有加控制光的情況下，頻率為fs的信號光由第一條信號傳輸線缺陷波導進入后沿波導傳輸，此時與第二條信號傳輸線缺陷波導之間沒有過多的耦合作用，大多數能量最終經由第一條信號傳輸線缺陷波導輸出。這樣的模式即為普通的靜態耦合器。

本發明選擇能夠通過控制光線缺陷波導的且群速度最低的光信號作為慢光控制光。慢光控制光從控制光線缺陷波導輸入，使從某一條信號傳輸線缺陷波導輸入的信號光的走向發生變化而從另一條信號傳輸線缺陷波導輸出，從而實現開關的狀態改變。

本發明的開關狀態改變情況、耦合長度以及消光比取決于所用光子晶體材料各組成部分的電介質特性和非線性特性以及介質棒的半徑。通過分析開關的能帶結構，可以適當調整參數，從而獲得較好的耦合開關性能。本發明的光子晶體材料(背景材料及介質棒)的介電常數在1到25之間，克爾系數在1×10^-13cm²/W到1×10^-8cm²/W之間。介質棒的半徑在0.01a到0.5a之間，a是晶格常數。

本發明的慢光控制光子晶體耦合開關可以實現動態的開關狀態轉換，同時用于控制光傳輸的中心線缺陷還會影響光子帶隙結構，使得信號傳輸模式中的耦模曲線發生偏移，從而加大信號傳輸單位距離的相移，實現更短的耦合長度。選取適當的參數，該耦合開關的長度可以減小到晶格常數的十倍數量級。如果晶格常數a為幾百納米級的話，則耦合開關的長度僅為微米數量級。這將有助于提高集成光路的集成度，從而實現體積更小、更為便捷的光子器件和子系統，推動未來光通信系統和網絡的發展。

附圖說明

圖1為本發明的慢光控制光子晶體耦合開關結構示意圖。

圖2為本發明實施例結構三條缺陷波導模式的色散關系圖。

圖3為本發明實施例結構中在不同輸入情況下，第二條信號傳輸線缺陷波導對第一條信號傳輸線缺陷波導的輸出消光比頻譜分布圖，即波導2的輸出信號功率與波導1的輸出信號功率之間的比值。

圖3中，a為僅輸入信號光時的輸出消光比，b為輸入信號光和慢光控制光時的輸出消光比，c為輸入信號光和非慢光控制光時的輸出消光比。

具體實施方式

以下結合附圖和實施例對本發明的技術方案作進一步描述。