[發明專利]一種二維硅基的光子晶體慢光波導裝置

有效

• 申請號: 201310011916.2
• 申請日: 2013-01-11
• 公開（公告）號: CN103048845A
• 公開（公告）日: 2013-04-17
• 發明（設計）人: 萬勇;潘淑娣;郭月
• 申請（專利權）人: 青島大學
• 主分類號: G02F1/365
• 分類號: G02F1/365;G02F1/355;G02B6/122
• 代理公司: 青島高曉專利事務所 37104
• 代理人: 張世功

技術領域：

本發明屬于光學技術領域，涉及一種二維硅基的光子晶體慢光波導裝置，尤其是一種漸變線缺陷光子晶體慢光波導結構，是由圓弓形散射元構建的太赫茲頻域二維硅基孔狀縱向漸變線缺陷光子晶體慢光波導結構。

背景技術：

慢光效應是電磁波具有比光速低很多的群速度，以便于傳輸信息的緩存和處理，可以廣泛應用于光學延時線和緩沖器等領域。光子晶體慢光結構或裝置，由于其結構微小緊湊、傳輸損耗少和室溫運行等特點，在全光通信系統和全光信息處理的應用中具有無可比擬的優勢；目前，光子晶體慢光波導主要有線缺陷波導和點缺陷耦合波導兩種形式，但是要獲得較低的群速度，二者都遇到有較大色散存在的問題。研究發現，線缺陷波導中的光波群速度一般較大，但色散相對較小；點缺陷耦合波導，可以實現較小的群速度，但其色散較大，信號容易失真，要實現信號的保真傳輸，必須有效地減少色散，所以很多研究者傾向于使用線缺陷波導，并提出很多獲得帶寬較寬、色散較低的慢光效果的方法，如可以通過增加或減少線缺陷的寬度或在線缺陷中間加平行縫隙,調整空氣孔的半徑,引入啁啾波導或異質結構,將靠近線缺陷的兩排空氣孔沿波導方向平移、并改變其間距的大小，將波導缺陷注入微流體等等。但是，上述研究主要集中在結構的周期性排列方面，所采用的散射元主要是圓柱形，只有少量研究改變了散射元的形狀，但沒有用到漸變結構，其結果也不盡理想。

漸變光子晶體結構是光子晶體結構的一種新發展，它打破了原來結構周期性變化的模式，將結構改為一種漸變模式：一維光子晶體漸變結構已被應用于擴大光波導或光纖的帶隙，改善相對介電常數和磁導率，或作為鏡面控制帶隙等方面；二維光子晶體的漸變結構主要用于使光轉彎，改變具有負折射率結構的點陣間距，及制作具有負折射率的透鏡，光子晶體耦合器等。目前還尚未見有將二維漸變線缺陷波導結構應用于光子晶體慢光的研究；很多研究者認為漸變過程破壞了結構的對稱性，慢光效應會減弱，甚至不能形成慢光效應。

現有的技術已證明慢光效應可以用于光延遲、全光緩存、光存儲和光與材料相互作用等方面，光子晶體結構具有體積很小、易于集成，可以通過設計結構來控制慢光效果，工作環境沒有特殊要求，可以在常溫下工作，便于與光纖系統耦合匹配等；而且，光子晶體慢光結構的實現，會帶動全光緩存、全光信息處理、全光通信網絡應用的突破，將會對全光信息發展產生深遠的影響；尋求設計一種圓弓形散射元構建的二維硅基孔狀縱向漸變線缺陷光子晶體慢光波導結構，可以很好地實現低色散、低群速的寬帶慢光，廣泛應用于全光信息的緩存和處理，具有重要的現實應用價值。

發明內容：

本發明的目的在于克服現有技術存在的缺點，尋求設計一種高群折射率、低色散的寬帶慢光效應，制備一種帶寬較大，易于加工實現的慢光波導結構，特別是制備一種圓弓形散射元構建的太赫茲頻域二維硅基孔狀縱向漸變線缺陷波導結構或裝置；圓弓形散射元由兩個圓缺復合而成，具有多個自由度可調兩個側面的曲率不變（引起的色散小）的特點，通過參數調整可產生很好的禁帶和慢光效應；將圓弓形散射元應用到光子晶體線缺陷波導，在晶格常數不變的情況下，逐漸改變圓弓形散射元的大小，其構建的線缺陷漸變波導結構在低色散（群折射率變化范圍n_g在±10%內）、超低色散（群折射率變化范圍n_g在±1%內）和接近零色散三種情況下，獲得比一般結構高的群折射率和較寬的平坦帶寬，實現慢光波導結構的優化和信號的保真傳輸；由于微加工精度在±20nm，所以選擇工作波長是太赫茲頻域，光子晶體的晶格常數及其誤差可根據工作波長等比例放大或縮小，隨著加工誤差的減小，可用于紅外和可見光。