[發明專利]光子晶體全光學可調諧濾波器

有效

• 申請號: 201310419500.4
• 申請日: 2013-09-13
• 公開（公告）號: CN103472532A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發明（設計）人: 歐陽征標;余銓強;鄭耀賢
• 申請（專利權）人: 深圳大學
• 主分類號: G02B6/122
• 分類號: G02B6/122
• 代理公司: 深圳市科吉華烽知識產權事務所(普通合伙) 44248
• 代理人: 胡吉科

技術領域

本發明涉及二維光子晶體、光機械力效應

背景技術

1987年，美國Bell實驗室的E.Yablonovitch在討論如何抑制自發輻射和Princeton大學的S.John在討論光子區域各自獨立地提出了光子晶體（Photonic?Crystals）的概念。光子晶體是一種介電材料在空間中呈周期性排列的物質結構，通常由兩種或兩種以上具有不同介電常數材料構成的人工晶體。

隨著光子晶體的提出和深入研究，人們可以更靈活、更有效地控制光子在光子晶體材料中的運動。在與傳統半導體工藝和集成電路技術相結合下，人們通過設計與制造光子晶體及其器件不斷的往全光處理飛速邁進，光子晶體成為了光子集成的突破口。1999年12月，美國權威雜志《科學》將光子晶體評為1999年十大科學進展之一，也成為了當今科學研究領域的一個研究熱點。

全光學可調諧濾波器是各種微光學回路中的基本構成元素，如微型可調激光器、微光學信號探測器和微光學信號分析器等。獲得光學調制的方法有很多，傳統的應用有光柵衍射效應、熱電效應、非線性效應、電光效應和磁光效應等，而實現全光學調制的微光學回路仍然是一項極具挑戰性的工作。

近期，科學界提出了光力（Optical?Force）這一概念，它是由光能量密度產生的一種梯度力。我們所知道的“光鑷子”技術就是激光通過這種梯度力可牢牢地鉗取一個生物分子。“光力”的提出為光機械系統的發展帶來了新的動力，它可應用于光波長轉換和光學機械能轉換等方面，同時為微光學回路的全光學頻率調諧提供了行之有效的方法。

光子晶體微腔可在一個很小的腔模體積內實現非常高的品質因子，因此光子晶體微腔在微光學回路中有著非常重要的應用價值。由于光子晶體微腔在諧振時，腔內存儲著巨大的能量，因此腔內的諧振桿必存在著由能量密度所引起的梯度力。通過將光力引入光子晶體微腔即可對腔內狀態的改變，從而實現全光學調制。通過光機械力效應的方式利用光控光的方法實現納米光學原件功能比通過非線性效應等傳統方法要來得行之有效。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是克服現有技術中的缺點，提供一種結構簡單、抗干擾性強、易于集成的光子晶體全光學可調諧濾波器。

為了解決上述存在的技術問題，本發明采用下述技術方案：

本發明的光子晶體全光學可調諧濾波器為二維光子晶體結構，它包括三個端口、一個信號光和調控光輸入波導、一個信號光輸出波導和一個調控光輸出波導；所述三個波導的交匯處對稱設置兩個光子晶體缺陷腔，在該光子晶體缺陷腔中分別設置一根可移動的介質柱；在所述光子晶體缺陷腔的上部和下部分別刪除幾根介質柱與右方波導和下方波導構成奇模和偶模輸出結構。

所述三個端口的左端、下端、右端分別為信號光和調控光輸入端、信號光輸出端和調控光輸出端。

所述可移動的介質柱為高折射率線性介質柱。

所述高折射率線性介質柱的折射率大于2，所述高折射率線性介質柱的橫截面形狀可以是圓形、橢圓形、三角形或多邊形。

所述高折射率線性介質柱的折射率為3.4。

所述二維光子晶體為(2k+1)×(2k+1)結構，其中k為大于等于3的正整數。

所述二維光子晶體的高折射率線性介質柱的橫截面可以是圓形、橢圓形、三角形或多邊形。

所述二維光子晶體的背景填充材料由空氣或泡沫材料構成的折射率等于1或1至1.2的介質。

所述二維光子晶體缺陷腔中填充的泡沫介質的介電常數等于1或1至1.2。

由于采用上述技術方案，本發明提供的光子晶體全光學可調諧濾波器具有這樣的有益效果，即結構簡單，響應速度快，抗干擾性強，易與其他光學邏輯元件集成。

附圖說明

圖1為本發明的光子晶體全光學可調諧濾波器的結構圖。

圖2為圖1所示的三維示意圖。

圖3為本發明的光子晶體全光學可調諧濾波器在晶格常數a=1μm時，不同狀態下的模場分布圖。

圖3（a）為圖3中的信號光輸入時的模場分布圖；

圖3（b）為圖3中的調控光輸入時的模場分布圖；

圖3（c）是圖3中的信號光與調控光同時注入時的信號光與調控光頻率為110.46THz與103.62THz的模場分布圖；

圖3（d）是圖3中的信號光與調控光同時注入時的信號光與調控光頻率為108.95THz與103.62THz的模場分布圖。

圖4為本發明的光子晶體全光學可調濾波器的傳輸率譜。