[實用新型]一種光子晶體定向耦合器

有效

• 申請號: 201220708315.8
• 申請日: 2012-12-20
• 公開（公告）號: CN203191576U
• 公開（公告）日: 2013-09-11
• 發明（設計）人: 崔乃迪;郭進;馮俊波;滕婕;王皖君;周杰;曹國威
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第三十八研究所;合肥公共安全技術研究院
• 主分類號: G02B6/122
• 分類號: G02B6/122
• 代理公司: 安徽匯樸律師事務所 34116
• 代理人: 方榮肖

技術領域

本實用新型涉及一種耦合器，尤其涉及一種光子晶體定向耦合器。?

背景技術

光子晶體又被稱為光半導體，是由具有不同介電常數的物質，在空間周期性排列而形成的人工微結構。光子晶體具備光子禁帶，具有控制光在其內傳播的特性，是實現未來大規模光電集成以及全光網絡的潛在應用材料。在完整的光子晶體材料中引入缺陷時，則會在光子禁帶中引入缺陷態。例如，引入點缺陷則可以將光局域在缺陷內，從而形成光子晶體諧振腔；而如果引入線缺陷，則可以將光限制于線缺陷內傳播，形成光子晶體波導。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，光子晶體波分復用器、耦合器、濾波器等光子晶體光電器件已經成為該領域的研究熱點方向。?

在光波導光路中，兩個相鄰的光子晶體波導間可能產生耦合，從而將光耦合到相鄰波導中。我們將光從一個波導完全耦合到另一個波導過程中經過的耦合長度稱為耦合周期，不同頻率電磁波的耦合周期不同，這就為利用光子晶體波導間耦合實現不同頻率電磁波分光提供了應用基礎。?

波導定向耦合器為基于上述原理的波導分光器件，被廣泛應用于光開關、波分復用和光分束器等光學器件系統中，在光信號處理、光通信、集成光路以及光子計算等領域有著重要的應用。而傳統的光子晶體定向耦合器由于耦合周期比較長，故體積大、集成度低。例如，基于傳統光波導的定向耦合器通常需要數百個晶格周期甚至更多的長度才能實現對不同頻率電磁波的高效分光。?

實用新型內容

本實用新型要解決的技術問題是提出一種能在更小尺度上實現兩束不同頻率電磁波高效率分光的光子晶體定向耦合器件。?

為達到上述目的，本實用新型采用的技術方案是：一種光子晶體定向耦合器，其包括基板以及垂直設置在該基板上的若干介質柱，該若干介質柱圍出兩個相互獨立的主波導線缺陷（9）與耦合波導線缺陷（10），主波導線缺陷（9）與耦合波導線缺陷（10）之間間隔有至少一排介質柱，該排介質柱均為跑道型介質柱（7），其余介質柱均為圓柱型介質柱（2）。?

作為上述方案的進一步改進，位于該排介質柱一側的介質柱區域為主波導部分（8），位于該排介質柱相對一側的介質柱區域為直角轉彎耦合波導部分（5），主波導部分（8）、直角轉彎耦合波導部分（5）以及它們之間的這排跑道型介質柱7構成光子晶體定向耦合器的主體結構。?

作為上述方案的進一步改進，主波導部分（8）為W1型光子晶體直波導。?

作為上述方案的進一步改進，直角轉彎耦合波導部分（5）為W1型直角轉彎波導。?

作為上述方案的進一步改進，圓柱型介質柱（2）高度為h₁、半徑為r，該跑道型介質柱（7）的高度為h₁，該跑道型介質柱（7）的橫截面上垂直于主波導部分（8）走向方向上的拉伸長度為t，該跑道型介質柱（7）的跑道半徑為r₁，其中t大于零，r1大于或小于r。?

作為上述方案的進一步改進，該基板包括二氧化硅埋層（3）以及硅襯底層（4），圓柱型介質柱（2）與跑道型介質柱（7）均設置在該二氧化硅埋層（3）上，二氧化硅埋層（3）位于硅襯底層（4）上。?

作為上述方案的進一步改進，該基板包括頂硅層、二氧化硅埋層和硅襯底層，圓柱型介質柱與跑道型介質柱形成于該頂硅層上而與該頂硅層為一體結構，該頂硅層位于二氧化硅埋層上，二氧化硅埋層位于硅襯底層上。?

作為上述方案的進一步改進，二氧化硅埋層（3）的厚度為3μm，跑道型介?質柱（7）的高度為220nm，硅襯底層（4）的厚度為600μm。?

作為上述方案的進一步改進，耦合波導線缺陷（10）包括水平部分以及與該水平部分垂直的垂直部分，主波導線缺陷（9）呈“一”字形且平行于該水平部分，主波導線缺陷（9）與水平部分之間間隔有一排介質柱，該排介質柱平行于主波導線缺陷（9）以及耦合波導線缺陷（10）的水平部分，該排介質柱的長度與該水平部分的長度相同。?

作為上述方案的進一步改進，該若干介質柱呈陣列式排列。?

與傳統的光子晶體定向耦合器相比，本實用新型采用跑道型介質柱作為主波導部分和直角轉彎耦合波導部分的間隔區域，大大縮短了電磁波在定向耦合器中的耦合周期，從而達到縮小器件體積的目的，具有體積小、結構緊湊、效率高、集成度高等優點，同時，耦合周期的減小也為在固定體積上制作信道間隔更小的波導耦合器件及波分復用器件提供有效途徑。?

附圖說明