[發明專利]一維光子晶體雙通道可見光波段窄帶濾波器

有效

• 申請號: 201210009604.3
• 申請日: 2012-01-13
• 公開（公告）號: CN102540309A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 楊毅彪;鄧霄;王偉軍;李維強;魏循;馬清亮;楊慧巖;薛保平
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: G02B5/20
• 分類號: G02B5/20
• 代理公司: 太原華弈知識產權代理事務所 14108
• 代理人: 李毅

技術領域

本發明涉及一種光子晶體濾波器，特別是涉及一種帶缺陷的一維光子晶體濾波器。

背景技術

光子晶體作為具備廣闊應用前景的新型光電功能材料，受到越來越廣泛的關注。相對于二維和三維光子晶體而言，一維光子晶體結構簡單，工藝制備上更容易實現。完全光子禁帶是光子晶體的主要特性之一，對于具有完全光子禁帶的光子晶體而言，處于完全禁帶頻率范圍的光波都不能在光子晶體中進行傳播，即處于光子晶體禁帶范圍的光子頻率以內都無法在光子晶體中存在。許多新型光學器件采用了光子晶體的這一特性，光子晶體濾波器就是其中的研究熱點之一。同時，隨著高精度、大容量光通信技術的持續發展，以及光學精密測量的較高要求，都希望在通帶非常窄的窄帶光濾波器取得突破。這些技術的應用一般是在光子晶體引入各種類型的缺陷，使得一個較寬的完全光子禁帶區內出現一個或幾個非常窄的通帶。由于光子晶體濾波器的濾波效能要遠比普通濾波器優越，因此，利用光子晶體制備極窄帶高品質的高性能濾波器具有十分重要的意義。

多腔級聯光子晶體多通道濾波器（CN?101246237?B）報道了在一維光子晶體中有規律地加入多個點缺陷層，形成一維光子晶體的缺陷腔的級聯，其每一缺陷層兩側的一維光子晶體相對于缺陷層都是對稱周期排列。這種濾波器所需缺陷層數較多，制備相對復雜，其濾波范圍在微米波段且三個濾波通道間隔較小，分離度較低。

韓培德等（可見光波段SiO₂/CdSe一維光子晶體及缺陷模的研究，光子學報，2010，第39卷第1期）報道了采用SiO₂/CdSe作為一維光子晶體的介電材料，其缺陷層LiTaO₃兩側的一維光子晶體也是呈對稱的周期排列，在其中加入缺陷層LiTaO₃后，能達到一定的濾波目的。但在整個可見光波段其濾波范圍較窄，具有一定的局限性。

發明內容

本發明的目的是提供一種一維光子晶體雙通道可見光波段窄帶濾波器，該濾波器為帶有缺陷層的一維光子晶體濾波器，能夠實現可見光范圍內的雙通道濾波，且濾波器的制備簡單，分辨率較高。

本發明的原理在于：在光子晶體中，如果對其結構參數進行優化，可以發現在某些頻率范圍出現較大的完全光子禁帶，當在光子晶體中引入特定的缺陷層，完全光子禁帶中就會出現較高品質因子的缺陷態而形成缺陷模，光子晶體的完全光子禁帶和完全禁帶中的缺陷模就能實現禁止或允許一定頻率的光子通過，如果缺陷模的頻率范圍很小，則允許通過的光波頻率很窄，利用這一特性可以制備高分辨率的光子晶體濾波器。

本發明的一維光子晶體雙通道可見光波段窄帶濾波器是在由兩種不同的介電材料按照相同的周期交替排列而成的有限周期數的一維光子晶體中加入缺陷層組成的。具體的，本發明的濾波器是由A、B、C三種不同的介電材料組成的，其結構組成為[A/B]_n[C][A/B]_m，其中，n和m代表一維光子晶體的周期數，周期數n和m在3～40之間變化，且滿足︱n－m∣≤3，此時，整個濾波器結構的總層數為2n＋2m＋1。本發明的濾波器中，組成一維光子晶體的兩種介電材料A、B的介電常數分別為2.37和16.00，且一維光子晶體的晶格常數a保持恒定；缺陷層材料C的介電常數為6.25，C的厚度d₃小于晶格常數a，且厚度變化范圍滿足0.4a≤d₃≤0.75a。

本發明中由介電材料A/B構成的一維光子晶體的晶格常數a保持不變，僅通過調整缺陷層C的厚度即可實現同時產生工作頻率范圍在波長413nm到626nm的不同可見光波段的兩個濾波通道。所述濾波通道的寬度介于1nm到5nm之間。

其中，本發明優選的用于構造一維光子晶體的介電材料A和B分別是二氧化硅和鍺，缺陷層材料C則優選了氮化鎵。但是，用于構建本發明濾波器的介電材料不局限于二氧化硅、鍺和氮化鎵，凡是介電常數與其相等或接近的其他各類材料均可以用于構建本發明濾波器。

進一步地，本發明的一維光子晶體雙通道可見光波段窄帶濾波器中，一維光子晶體的晶格常數a為恒定值130nm，其中構成一維光子晶體的介電材料A的厚度d₁=0.85a，B的厚度d₂=0.15a。