[發(fā)明專利]基于光子晶體諧振腔的兩級縮束系統(tǒng)及其制作方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110452806.0
• 申請日: 2011-12-30
• 公開（公告）號: CN102419480A
• 公開（公告）日: 2012-04-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王維彪;梁靜秋;梁中翥;周建偉
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所
• 主分類號: G02B27/09
• 分類號: G02B27/09;G02B6/122;G02B6/24;G02B6/13
• 代理公司: 長春菁華專利商標(biāo)代理事務(wù)所 22210
• 代理人: 王淑秋

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明屬于光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種微結(jié)構(gòu)光子晶體元件，具體地說是一種基于光子晶體諧振腔的兩級縮束系統(tǒng)及其制作方法。

背景技術(shù)：

光子晶體是由具有不同介電常數(shù)的物質(zhì)，在空間周期性排列形成的人工微結(jié)構(gòu)。近年來，基于光子晶體材料的光電功能器件得到了廣泛的關(guān)注，利用光子晶體的光子禁帶和光子局域特性，光子晶體波導(dǎo)、濾波器、光開關(guān)、耦合器等光子晶體光電器件已見諸報道，為未來大規(guī)模光電集成以及全光網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)打下了良好的基礎(chǔ)。

光子晶體是由不同折射率的介質(zhì)周期性排列而成的人工微結(jié)構(gòu)，電磁波在其中傳播時由于布拉格散射，電磁波會受到調(diào)制而形成能帶結(jié)構(gòu)，這種能帶結(jié)構(gòu)叫做光子能帶。光子能帶之間可能出現(xiàn)帶隙，即光子帶隙。由于帶隙中沒有任何態(tài)存在，頻率落在帶隙中的電磁波被禁止傳播。如果在光子晶體中引入介電缺陷或介電無序，會出現(xiàn)光子局域現(xiàn)象，在光子帶隙中將形成相應(yīng)的缺陷能級，特定頻率的光可在這個缺陷能級中出現(xiàn)。通過在完整的二維光子晶體中引入缺陷，破壞光子禁帶，引入缺陷態(tài)，可用來制作二維光子晶體功能器件。在二維光子晶體中引入線缺陷即去掉數(shù)排介質(zhì)柱，那么相應(yīng)頻率的電磁波就只能在這個線缺陷中傳播，離開線缺陷就會迅速衰減，可以通過在二維光子晶體中引入線缺陷來制作光子晶體波導(dǎo)。區(qū)別于傳統(tǒng)光學(xué)波導(dǎo)的內(nèi)反射原理，光子晶體波導(dǎo)基礎(chǔ)原理是不同方向缺陷模共振匹配，故理論上光子晶體波導(dǎo)不受轉(zhuǎn)角限制，彎曲損耗極小，可以用于制作低損耗轉(zhuǎn)彎波導(dǎo)。

然而想要將現(xiàn)有的光子晶體器件集成在同一基片上卻面臨著器件間通光寬度不同以及耦合效率低下等諸多困難，故能在連接功能器件的同時，實現(xiàn)對光束高效的微壓縮及微聚焦的縮束系統(tǒng)對多光子晶體功能器件的集成有著極為重要的意義。縮束系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)是光斑大小、壓縮率和傳輸效率。壓縮率是指入射光束和出射光束半高寬的比值，其數(shù)值根據(jù)設(shè)計要求越大越好。而傳輸效率則是出射端和入射端光強(qiáng)的比值，傳輸效率的高低直接影響著系統(tǒng)的效率。漸變波導(dǎo)可以實現(xiàn)器件連接并對光束進(jìn)行控制，然而，漸變波導(dǎo)寬度的變化會導(dǎo)致嚴(yán)重的反射損失及模式失配，從而影響傳輸效率。所以，漸變波導(dǎo)的漸變角通常比較小而長度較長，難以縮小體積并應(yīng)用于光電集成及全光網(wǎng)絡(luò)中。為了減小寬度變化帶來的損耗，有的研究提出引入拋物面透鏡或伽利略望遠(yuǎn)鏡光學(xué)系統(tǒng)來增大漸變角，以便能在較小的長度下完成光束寬度的控制。但同時光學(xué)器件的引入會使得漸變波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，降低器件的集成度。另外，在光通信波段光子晶體器件尺度即亞微米尺度下，幾何光學(xué)器件的衍射效應(yīng)非常明顯，限制了上述兩種方法的應(yīng)用。所以，迫切需要一種能實現(xiàn)亞微米尺度下對光束進(jìn)行調(diào)節(jié)，并具有高傳輸效率的縮束系統(tǒng)以實現(xiàn)光信息在器件間低損耗耦合傳播。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明要解決的一個技術(shù)問題是提供一種能實現(xiàn)亞微米尺度下對光束進(jìn)行調(diào)節(jié)，并具有高傳輸效率，能夠?qū)崿F(xiàn)光信息在器件間低損耗耦合傳播的基于光子晶體諧振腔的兩級縮束系統(tǒng)。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的基于光子晶體諧振腔的兩級縮束系統(tǒng)由W7型光子晶體波導(dǎo)、光子晶體諧振腔、W1型光子晶體波導(dǎo)和納米線波導(dǎo)順序密接排列構(gòu)成；光子晶體諧振腔采用在光子晶體中加入點缺陷構(gòu)成，并且光子晶體諧振腔與W7型光子晶體波導(dǎo)銜接處分布一行介質(zhì)柱，該行介質(zhì)柱構(gòu)成耦合區(qū)；光子晶體諧振腔與W1型光子晶體波導(dǎo)銜接處，且與點缺陷對應(yīng)位置分布有一個或多個耦合介質(zhì)柱；整個系統(tǒng)集成在一個基底上。

構(gòu)成W7型光子晶體波導(dǎo)、光子晶體諧振腔及W1型光子晶體波導(dǎo)主體結(jié)構(gòu)的介質(zhì)柱半徑為r。

所述W7型光子晶體波導(dǎo)的缺陷區(qū)由半徑為r₁的介質(zhì)柱構(gòu)成，r₁大于或小于r。

所述光子晶體諧振腔中的點缺陷由半徑為r₃的一個或多個介質(zhì)柱構(gòu)成，r₃大于或小于r。

所述點缺陷也可為光子晶體中去掉一個或多個介質(zhì)柱形成的空隙。

所述光子晶體諧振腔耦合區(qū)介質(zhì)柱的半徑為r₂，r₂大于或小于r。

所述光子晶體諧振腔的耦合介質(zhì)柱半徑為r₄，r₄大于或小于r。