[發明專利]利用光子晶體實現無時間－空間展寬的光子彈傳播的方法

有效

• 申請號: 200810042075.0
• 申請日: 2008-08-26
• 公開（公告）號: CN101345588A
• 公開（公告）日: 2009-01-14
• 發明（設計）人: 周傳宏;蔣尋涯
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海微系統與信息技術研究所
• 主分類號: H04B10/18
• 分類號: H04B10/18
• 代理公司: 上海泰能知識產權代理事務所
• 代理人: 黃志達;宋纓

技術領域

本發明屬光通信技術領域，特別是涉及一種利用光子晶體實現無時間-空間展寬的光子彈傳播的方法。

背景技術

隨著全光通信和全光計算的發展，基于光芯片的信息傳遞和信號處理對穩定光脈沖的需求與日俱增^[1G.P.Agrawal，Nonlinear?Fiber?Optics，Academic?Press，Singapore，2005.’²H.A.Haus?and?W.S.Wong，Solitons?in?optical?communications，Rev.Mod.Phys.684231996^]。穩定的+光脈沖不但能夠直接用作二進信息的載體，而且由于其在空間不擴散質，滿足全光系統中信號處理的要求。獲得穩定光脈沖的傳統方法是利用非線性材料^[3Y.Silberberg，Collapse?ofoptical?pulses，Opt.Lett.15，1282?1990.’⁴B.A.Malomed，D.Mihalache，F.Wise，and?L.Torner，Spatiotemporal?optical?solitons，J.Opt.B：Quantum?Semiclassical?Opt.7，R53?2005.^]。這是一種基于補償原理的方法，通過光和物質的非線性作用，利用非線性自聚焦補償空間衍射效應，利用非線性自位相調節補償色散，從而實現光波在空間、時間上的局域。由于其在空間、時間上不擴散，因此被稱作時間孤子，空間孤子，時空孤子(光子彈)。

盡管利用非線性能夠實現穩定的光傳輸，但是非線性卻是能量依賴的，而且存在一個能量閾值，低于該閾值，孤子的傳播將是發散的。而且，非線性機制強烈依賴于非線性材料，而實際能夠運用的非線性材料并不多，這一依賴性極大限制了能夠應用的材料。光子晶體能夠對光的流動進行有效控制，因此受到廣泛研究^[5E.Yablonovitch，Phys.Rev.Lett.58，2059?1987；S.John，Phys.Rev.Lett..58，2486?1987.⁶J.D.Joannopoulos，R.D.Meade，and?J.N.Winn，Photonic?Crystals：Molding?the?Flow?of?Light，Princeton?University?Press，Princeton，NJ，1995；C.M.Soukoulis，Photonic?Crystals?and?Light?Localization?in?the21stCentury，edited?by?C.M.Soukoulis?Kluwer，Dordrecht，2001^]。通過調整光子晶體結構，能夠對色散關系進行操縱。這就意味著能夠利用結構設計獲得想要的衍射和色散。特別地，應用合適的結構，能夠消除衍射和群速度色散，從而在線性結構中實現類似光孤子的穩定傳播。這是一種基于消除原理的全新控制方法，與上述非線性方法不同的是：脈沖穩定性與脈沖能量無關，同時也不依賴于材料的非線性性質。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種實現光脈沖傳播時無時間-空間展寬的方法，光脈沖的時間-空間展寬是指：光脈沖在傳播時具有擴散的一般性質，在時間上的展寬稱作色散，空間上的展寬稱作衍射。本發明利用光子晶體，從原理上消除了導致衍射和色散的因素，從而實現光脈沖無時空展寬的穩定傳播。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：提供一種利用光子晶體實現無時間-空間展寬的光子彈傳播的方法，包括下列步驟：

(1)確定孔徑大小：根據光子晶體的色散關系等頻圖和群速度色散關系圖，能使等頻圖上的自準直區域與群速度色散圖上零群速度色散區域重合的孔徑為所需孔徑；

(2)打孔：采用單晶硅材料，利用電子束曝光和ICP刻蝕技術，在單晶硅片上打孔，形成正方晶格或正三角晶格并呈周期排列的空氣圓孔陣列，其孔徑為步驟(1)所確定的孔徑。

所述的光子晶體采用線性材料制作，具有完整的帶隙結構，工作光子能帶和其他能帶無交疊。

所述的光子晶體的工作光子能帶存在自準直區域，存在零群速度色散區域。

所述的光子晶體的工作光子能帶的自準直區域與零群速度色散區域有交疊。

所述的光子能帶可通過減小介質材料折射率對比度或者占空比，能夠很大程度上降低三階色散，從而增大光子彈傳播范圍，降低對光脈沖寬度的要求。