[發(fā)明專利]基于二維光子晶體的波分解復(fù)用器

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810035561.X
• 申請日: 2008-04-03
• 公開（公告）號: CN101252407A
• 公開（公告）日: 2008-08-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 任宏亮;姜淳;胡衛(wèi)生
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號: H04J14/02
• 分類號: H04J14/02;H04B10/12;H04B10/14
• 代理公司: 上海交達(dá)專利事務(wù)所
• 代理人: 毛翠瑩

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于二維光子晶體的波分解復(fù)用器，適用于光纖通信系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)。

背景技術(shù)

目前的光纖通信系統(tǒng)廣泛使用波分復(fù)用技術(shù)(WDM)，它能有效地利用光纖的帶寬實(shí)現(xiàn)大容量、長距離光纖通信，能在用戶分配系統(tǒng)中增加業(yè)務(wù)數(shù)量。在這些波分復(fù)用技術(shù)的應(yīng)用中，為了充分利用十分寶貴的帶寬資源，波長通道間隔變的越來越窄，信道數(shù)變得越來越多。這就要求波分解復(fù)用器的尺寸不僅要更小，而且也要易于集成。然而利用傳統(tǒng)的硅平板回路或者光纖得到的波分解復(fù)用器的尺寸都在厘米量級左右，無法適應(yīng)未來密集波分復(fù)用(DWDM)系統(tǒng)中光網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的需要。另一方面，目前光子晶體的研究已經(jīng)成為集成光學(xué)研究的熱點(diǎn)之一。這是因?yàn)楣庾泳w有很多優(yōu)越的特性，例如光子帶隙效應(yīng)。利用這個(gè)特性，許多基于光子晶體設(shè)計(jì)的光通信器件具有傳統(tǒng)器件所不具備的優(yōu)越特性。在基于二維光子晶體的波分解復(fù)用器中，四端口系統(tǒng)，即在兩平行光子晶體波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中間放置兩個(gè)光子晶體微腔，是目前研究的比較成熟的一種。但是這種系統(tǒng)具有較為苛刻和復(fù)雜的共振設(shè)計(jì)，即兩波導(dǎo)間的兩個(gè)微腔模式要完全簡并，這可能給器件制作帶來很大的困難。四端口系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)上還有一個(gè)缺點(diǎn)，就是不易設(shè)計(jì)多波長波分解復(fù)用器。在另外的一個(gè)三端口系統(tǒng)中，為獲得高的波分解復(fù)用下路效率，主波導(dǎo)末端被晶格結(jié)構(gòu)堵上以便獲得100％的反射反饋。但是這個(gè)器件存在一個(gè)嚴(yán)重的問題，在反射的光信號中，除了要下路的波長光信號進(jìn)入下路波導(dǎo)外，其他所有波長的光都將被反射到入射端。如果這個(gè)器件在大規(guī)模的集成光路中使用將給整個(gè)系統(tǒng)帶來嚴(yán)重的干擾信號。而且在這個(gè)設(shè)計(jì)中，反射面與下路波導(dǎo)之間距離的選擇具有波長選擇性，所以不能進(jìn)行任意多個(gè)波長位置處的波分解復(fù)用。

因此，怎樣研制出高效率、低串?dāng)_以及尺寸更加微小且易于集成的波分解復(fù)用器是未來DWDM光通信系統(tǒng)中的重要研究方向。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種基于二維光子晶體的波分解復(fù)用器，實(shí)現(xiàn)高的波分解復(fù)用效率，減少通道間串?dāng)_和器件的制作難度。

為了實(shí)現(xiàn)這樣的目的，在本發(fā)明的技術(shù)方案中，這種基于二維光子晶體的波分解復(fù)用器由一根光子晶體主波導(dǎo)、N根波長下路波導(dǎo)、N對光子晶體微腔構(gòu)成，每對光子晶體微腔包括一個(gè)下路微腔和一個(gè)波長選擇性反射微腔，其中N為波長數(shù)。光子晶體主波導(dǎo)通過在平面二維光子晶體中去除一行光子晶體介質(zhì)柱獲得，N根波長下路波導(dǎo)分別位于主波導(dǎo)兩邊，每根波長下路波導(dǎo)通過去除一列光子晶體介質(zhì)柱獲得；N個(gè)光子晶體下路微腔及N個(gè)波長選擇性反射微腔分別交叉位于主波導(dǎo)的兩側(cè)，光子晶體下路微腔為連接主波導(dǎo)和下路波導(dǎo)的點(diǎn)缺陷微腔，波長選擇性反射微腔為一邊耦合到主波導(dǎo)的點(diǎn)缺陷微腔；光子晶體下路微腔和對應(yīng)的波長選擇性反射微腔的共振頻率相同，下路微腔衰減進(jìn)主波導(dǎo)的Q因子Q₁與下路微腔衰減進(jìn)下路波導(dǎo)的Q因子Q₂之比Q₁/Q₂等于2，且兩微腔之間的距離上產(chǎn)生的相位差2βd是π的奇數(shù)倍，其中，d是沿主波導(dǎo)方向兩微腔之間的距離，β是共振頻率時(shí)主波導(dǎo)模的傳播常數(shù)。

在本發(fā)明中，波長選擇性反射微腔是一個(gè)邊耦合到主波導(dǎo)的點(diǎn)缺陷微腔，這個(gè)微腔關(guān)于其中心的參考平面鏡面反射對稱，支持單模共振。經(jīng)適時(shí)耦合模理論推導(dǎo)，證明在頻率ω等于微腔的共振頻率ω_o時(shí)，如果微腔由于自身損失的Q因子Q_o遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于微腔衰減進(jìn)主波導(dǎo)的Q因子Q_e，共振頻率光將被100％的反射。反射譜的半極大值全寬度(FWHM)是ω_o/Q_e。

將這個(gè)波長選擇性反射微腔用在波分解復(fù)用器中，用以提高波分解復(fù)用效率。經(jīng)適時(shí)耦合模理論推導(dǎo)，發(fā)現(xiàn)只有當(dāng)光子晶體下路微腔和對應(yīng)的波長選擇性反射微腔的共振頻率相等以及Q₁/Q₂等于2時(shí)，且兩微腔之間沿主波導(dǎo)方向的距離上產(chǎn)生的相位差2βd是π的奇數(shù)倍時(shí)，共振頻率光將從主波導(dǎo)完全解復(fù)用到下路波導(dǎo)，這里d是兩微腔之間沿主波導(dǎo)方向的距離，β是共振頻率時(shí)主波導(dǎo)模的傳播常數(shù)，Q₁是下路微腔衰減進(jìn)主波導(dǎo)的Q因子，Q₂是下路微腔衰減進(jìn)下路波導(dǎo)的Q因子。