[發明專利]一種光子晶體全光開關

有效

• 申請號: 200910033228.X
• 申請日: 2009-06-10
• 公開（公告）號: CN101571657A
• 公開（公告）日: 2009-11-04
• 發明（設計）人: 陳鶴鳴;王國棟
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: G02F1/365
• 分類號: G02F1/365;G02F1/361
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司
• 代理人: 葉連生

技術領域

本發明是一種全光學開關(光子晶體結構)，尤其是一種缺陷模式遷移型非線性光子晶體全光開關，涉及光通信與光信息處理的技術領域。

背景技術

隨著人們對信息量需求的急劇增加，通信網絡和信息計算面臨新的挑戰，從某種程度上，推動了光波技術的發展。以光信號為計算對象的光信息處理技術，研究在不斷深化，其中光開關可以作為光通信交換網絡和數字光計算的關鍵器件。目前一種光子晶體光開關，因為其獨特的斷通性能成為研究的特點。

根據透光機制的不同，光子晶體光開關主要分為以下兩類：光子帶隙遷移型光開關和缺陷模式遷移型光開關。其中光子帶隙遷移型光開關是利用光子帶隙的遷移實現光的斷通狀態的；而缺陷模式遷移型光開關是利用光子晶體的缺陷模的移動實現光的斷通狀態。并且缺陷模式遷移型光開關比光子帶隙遷移型光開關的開關性能要好。

非線性光子晶體光開關具有以下優勢：可以實現全光學開關，無需光-電-光轉換；光開關的開關速度可以提高到飛秒量級；光開關的插入損耗理論上可以降低到零；消光比可以達到很大；開關閾值可以大大降低；光開關的穩定性和可靠性可以很大程度上得到保證；體積非常小，易于集成大規模光路。

但是傳統的非線性光子晶體光開關一般只給出了在理論推導下的概念性模型，對于缺陷模式遷移型非線性光子晶體光開關，通常是在含有點缺陷的光子晶體中，信號光沿著XZ橫截面入射，控制光垂直入射在點缺陷處，如果點缺陷處為非線性光學介質，隨著控制光強的增大，介質的折射率將發生變化，光子晶體的光子帶隙中的缺陷模將發生遷移，原本不能通過的光頻信號現在就可能通過。但這沒有從系統的角度設計光子晶體全光開關并考慮光信號在其中的傳輸特性，由于控制光需要很大的光強，輻射出去的強光所帶來的影響也沒有得以控制，對后續的集成工作會造成直接的干擾，因此不能實現光子晶體全光開關的明顯優勢，沒有實際的應用價值。

發明內容

技術問題：本發明的目的是提供一種光子晶體全光開關，尤其是一種缺陷模式遷移型非線性光子晶體全光開關。大大減小了開關的插入損耗，開關的消光比也得到了很大的改善。

技術方案：為了適應光通信交換網絡和數字光計算的發展，使光子晶體全光開關具有效率高、低閾值和響應時間快的性能，我們提出了一種新型的光子晶體全光開關結構，并且可以使其工作在現階段通用的光波段1550nm處，具有實際的應用價值；目前光子晶體全光開關只給出了在理論推導下的概念性模型，沒有從系統的角度分析實際問題，并且開關功能也不太理想；我們通過引入橫截面呈三角形周期性分布的大空氣孔、波導區、牽引區和有機聚合物非線性光學材料填充的非線性共振腔幾者結合的基礎上，得以實現具有效率高、低閾值和響應時間快的光子晶體全光開關。

該光子晶體光開關包括三角晶格光子晶體、波導區、牽引區、非線性共振腔；其中，三角晶格光子晶體是沿XZ軸呈三角形周期性分布的大空氣孔型光子晶體，在其兩端引入對稱的線缺陷構成波導區，在三角晶格光子晶體的中心空氣孔上設有非線性共振腔，在波導區和非線性共振腔之間設有牽引區，信號光從波導區的左端輸入，波導區的右端輸出；控制光垂直XZ軸沿著介質柱入射在中央非線性共振腔處。

非線性共振腔是由非線性光學材料聚二乙炔(PDA-PTS)填充空氣孔而成。

牽引區是包含了非線性共振腔周圍的4個空氣孔，但此4個空氣孔的半徑比三角晶格光子晶體中的其他空氣孔半徑要小，形成點缺陷，構成了兩對成對稱分布的第一小孔和第二小孔。

波導區是由填充了三角晶格光子晶體中的兩排對稱的空氣孔后形成的線缺陷構成，兩線缺陷不相通，填充的材料與襯底材料相同，同時波導的術端與牽引區的第二小孔相連。

三角晶格光子晶體的大空氣孔的橫截面為圓形，平板厚度為微米數量級，襯底可以為硅材料。

信號光是目前通用光波段，控制光由常用激光器提供或者由其倍頻光提供。