[發明專利]多腔級聯光子晶體多通道濾波器

無效

• 申請號: 200810065748.4
• 申請日: 2008-02-29
• 公開（公告）號: CN101246237A
• 公開（公告）日: 2008-08-20
• 發明（設計）人: 歐陽征標;鐘遠聰
• 申請（專利權）人: 深圳大學;歐陽征標
• 主分類號: G02B6/122
• 分類號: G02B6/122
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

(一)技術領域

本發明涉及采用多個光子晶體單缺陷腔級聯組成的一維光子晶體多通道濾波器結構。

(二)背景技術

在現代信息社會中，隨著技術的發展，需求傳輸的信息量不斷增加，現代光通信器件朝著高容量、大寬帶、集成化、小型化方向發展，密集波分復用(DWDM)技術的迅速實用化，為高速率、大容量信息的長距離傳輸提供了易于實現的方式，也為波長選路為基礎的全光通信網的發展提供了可能。光波分復用(WDM)技術是能將不同波長的光信號組合(合波)起來傳輸，又能將光纖中組合傳輸的光信號分開(分波)送入不同的通信終端或指定光纖的一種光學技術。目前實現光信號的WDM技術有多種，這些方法或者是系統體積大而復雜，或者是性能不夠理想，難以滿足日益發展的DWDM技術的要求。

近年來出現了一種新的人工材料一光子晶體，由于其光子帶隙特征引起了人們的廣泛興趣，利用光子晶體可以設計出體積更小的波長濾波器。人們已設計出了基于Fabry-Perot效應的光子晶體多通道濾波器，其缺點是在工作頻帶以外的區域會存在大量的無用通道；也有人設計出基于多個缺陷的光子晶體多通道濾波器，和基于復周期結構的多通道濾波器，但是這些結構都存在設計難度高、通道性能不易控制等問題。

本發明采用多個光子晶體單缺陷腔級聯結構，克服了上述光子晶體多通道濾波器的問題，可以很方便地實現多通道濾波。該多通道濾波器與間插復用技術(interleave)結合就可以實現DWDM.

(三)發明內容

本發明的光子晶體多通道濾波器包含有多個級聯的光子晶體單缺陷腔，在級聯腔的兩邊各有一定周期數的均勻光子晶體。在一維結構情況下，級聯缺陷腔是一維光子晶體缺陷腔的級聯(例如圖1所示的結構)，在二維結構情況下，是二維光子晶體缺陷腔的級聯(例如圖2-11所示的結構)，在三維結構情況下是三維光子晶體缺陷腔的級聯。單缺陷腔中的缺陷在一維結構中是由一層介質引入的點缺陷(如圖1所示的缺陷層)，在二維情況下最佳情況是一根介質柱(孔)引入的點缺陷(如圖2-5中所示的缺陷)，但不排除采用一排介質柱(孔)引入的線缺陷(如圖6-7中的缺陷)，在三維情況下最佳方式是一個介質粒子引入的點缺陷，但不排除采用一排介質粒子引入的線缺陷和多排介質粒子引入的面缺陷。圖1-11給出了幾種典型的多個單缺陷腔級聯式多通道光子晶體濾波器結構。三維結構的多個單缺陷腔級聯多通道濾波器，由于其圖形復雜，省略未畫出。當復合腔為多種缺陷腔的組合時，缺陷桿(孔)的參數選取原則是，各腔單獨存在時的諧振頻率相同。

其工作原理是，當光子晶體中有一個缺陷時，在光子禁帶中即會出現一個缺陷模。具有一個缺陷的光子晶體等于是一個光子晶體諧振腔。多個同樣的腔耦合級聯在一起，在原來的單腔的諧振波長附近即會出現多個諧振模式。一個模式分裂成多個模式的原因在于，雖然多個腔都一樣，但是級聯以后，中間的腔兩邊的反射層多，靠邊上的腔的反射層少，從而會使得各個腔的諧振波長略有差異，從而出現了模式分裂。

這種多通道濾波器的最大好處是，濾波區(通道帶)兩邊是光子禁帶區，而且通道密度高。

由于光子晶體可以用電介質來制作，也可以用磁介質來組成，或者用電介質和磁介質的混合來制作，因此，本發明不限于僅用電介質組成的光子晶體結構。同樣的道理，光子晶體中的缺陷可以是折射率、磁導率、或幾何厚度等物理參數中的一個或幾個同時變化引起的結構周期性的破缺。

根據光子晶體的理論，缺陷層的物幾何度或者折射率，會改變缺陷模的位置，因此，通道帶的位置是由缺陷層的參數(包括幾何厚度、介電常數、磁導率等)決定的。

通常情況下，缺陷腔是采用直線形式級聯的，但是在某些情況下，在光集成回路中，為了實現光路的拐彎，則可以采用彎曲級聯的方式，這時候就能使光按曲線路徑運動。

根據光子晶體的理論，缺陷腔中缺陷層兩邊的光子晶體的周期數越多，則缺陷模的帶寬越窄，因此增加整個結構中的左右兩邊的均勻光子晶體的周期數就可以使得各個缺陷模的帶寬變窄，從而使得相鄰通道之間的串擾會下降。

為了設計方便，通常，缺陷介質的尺寸與非缺陷介質的尺寸差異比較小，使一個缺陷腔在光子禁帶內只產生一個缺陷模式，且最好是在光子禁帶的中心地帶產生一個缺陷模。這時，N個腔級聯后就形成一個N通道的多通道濾波器，其通道分布在禁帶中心處，在通道帶的兩邊是光子禁帶區。