[發明專利]光子晶體邊耦合雙通道光波導傳輸系統

無效

• 申請號: 201210021943.3
• 申請日: 2012-01-31
• 公開（公告）號: CN102590949A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 王維彪;梁靜秋;梁中翥;周建偉
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: G02B6/28
• 分類號: G02B6/28;G02B6/122
• 代理公司: 長春菁華專利商標代理事務所 22210
• 代理人: 陶尊新

技術領域

本發明涉及光學技術領域中的一種微結構光子晶體元件，具體涉及一種光子晶體邊耦合雙通道光波導傳輸系統。?

背景技術

光子晶體是由具有不同介電常數的物質，在空間周期性排列形成的人工微結構。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、濾波器、光開關、耦合器等光子晶體光電器件已見諸報道，為未來大規模光電集成以及全光網絡的實現打下了良好的基礎。?

光子晶體是由不同折射率的介質周期性排列而成的人工微結構，電磁波在其中傳播時由于布拉格散射，電磁波會受到調制而形成能帶結構，這種能帶結構叫做光子能帶。光子能帶之間可能出現帶隙，即光子帶隙。由于帶隙中沒有任何態存在，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，會出現光子局域現象，在光子帶隙中將形成相應的缺陷能級，特定頻率的光可在這個缺陷能級中出現。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，可用來制作二維光子晶體功能器件。若在完整的二維光子晶體中引入線缺陷即去掉數排介質柱，那么相應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。?

實現光子晶體器件與傳統光學器件或光源間的高效耦合對于未來全光網絡的實現有著重要的意義。然而，由于光子晶體器件尺寸較小，在光子晶體器件與傳統光學器件或光源的耦合過程中，耦合面積和耦合效率均難以提升。近年來，幾何光學方法及倏逝波耦合等方法被提出以實現高效耦合。幾何光學方法是通過使用聚焦透鏡以及透鏡光纖等外置幾何光學器件將光聚焦到光子晶體器件入射端面以實現耦合的方法。然而，要想將光聚焦到光子晶體器件尺度上是非常困難的。另外，幾何光學耦合方法從根本上講并沒有提高系統的耦合面積，而且過多外置器件的引入會使系統結構復雜化，不利于與其他器件的集成。同?時，外置光學器件所引起的反射、散射損耗以及插值損耗會降低系統的耦合效率。倏逝波耦合方法利用倏逝波產生及耦合的原理將光從器件的頂端耦合到器件中，從而大大的提高了耦合面積。倏逝波方法也面臨著一些問題，例如特定漸變光纖的加工、耦合過程中使用的漸變光纖與光子晶體器件的距離參數難以控制、需要精密的外置校準和調節系統以及外置的校準調節系統對集成度的影響等問題，這些都限制了倏逝波耦合方法的應用。因此，迫切需要一種效率高、集成度高、操作簡單且能夠實現光子晶體器件與傳統光學器件或光源高效耦合的方法。?

發明內容

本發明提出了一種能實現光子晶體波導和傳統光學器件或外置光源間高效耦合的光子晶體邊耦合雙通道光波導傳輸系統。?

光子晶體邊耦合雙通道光波導傳輸系統，該系統包括波導層、低折射率埋層和襯底層，波導層位于低折射率埋層上部，低折射率埋層下部與襯底層相連；其特征是，所述波導層包括波導一區、缺陷區和波導二區，所述波導一區由多個介質柱周期性排列組成，波導一區與波導二區的銜接處分布一行缺陷介質柱，該行缺陷介質柱構成缺陷區，所述波導二區最外面分布一行耦合介質柱，該行耦合介質柱構成耦合區，并且波導二區中包含多個沿平行于缺陷區方向排列的點缺陷，每個點缺陷與周圍的介質柱以及最外面的耦合介質柱構成光子晶體諧振腔；多個光子晶體諧振腔關聯，每個光子晶體諧振腔中的點缺陷上部對應位置處依次分布有第二耦合介質柱和第一耦合介質柱。?

本發明的工作原理：本發明采用多光子晶體諧振腔并聯的方式，通過波導二區的耦合區將電磁波耦合進光子晶體波導缺陷區，從而達到提高耦合面積的目的，耦合效率高；同時，由于耦合面積的提高也為耦合前預聚焦和對準等操作提供了便利。由于光子晶體諧振腔上部與點缺陷對應位置處分布有耦合介質柱，進一步提高了耦合效率。另外，整個光子晶體波導集成在同一基片上，不需要外置的光學元件，使得光子晶體波導結構更緊湊、體積更小，并具有更高的集成度。?