[實(shí)用新型]一種光子晶體平板波導(dǎo)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201320665232.X
• 申請(qǐng)日: 2013-10-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN203519866U
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-04-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 車丙晨;張巍;章亮;方中勤;吳越豪;宋寶安;張培晴;聶秋華;徐鐵峰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 寧波大學(xué)
• 主分類號(hào): G02B6/122
• 分類號(hào): G02B6/122
• 代理公司: 寧波奧圣專利代理事務(wù)所(普通合伙) 33226
• 代理人: 程曉明

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種光子晶體波導(dǎo)，尤其是涉及一種光子晶體平板波導(dǎo)。

背景技術(shù)

光子晶體平板波導(dǎo)（Photonic?Crystal?Slab?Waveguides，PCSWs）是由光子晶體平板和線缺陷組成的新型光學(xué)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。它較傳統(tǒng)的平板波導(dǎo)有許多優(yōu)點(diǎn)，其中較顯著的優(yōu)點(diǎn)是PCSWs的慢光效應(yīng)（即具有較小的群速度或較大的群折射率）。慢光效應(yīng)能夠增強(qiáng)光與物質(zhì)的相互作用，提高介質(zhì)的非線性效應(yīng)，可應(yīng)用于光學(xué)延遲線、光存儲(chǔ)和全光緩存以及高非線性光學(xué)器件等領(lǐng)域。作為獲取慢光效應(yīng)最實(shí)用的一種方法，PCSWs具有許多優(yōu)點(diǎn)，如可在室溫下工作，群速度和帶寬可調(diào)，可應(yīng)用于任意工作波長(zhǎng)等等。

本領(lǐng)域常用的光子晶體平板波導(dǎo)其結(jié)構(gòu)包括薄膜層和襯底材料層，薄膜層和襯底材料層之間設(shè)置有隔離塊使薄膜層和襯底材料層之間形成空氣層；薄膜層設(shè)置有線缺陷和分布在線缺陷兩側(cè)的多排空氣孔，多排空氣孔是指在薄膜上周期分布的多排空氣圓孔，線缺陷是指一排被薄膜材料填充的空氣孔或者說(shuō)一排沒(méi)有空氣孔的部分。

為了獲得顯著的非線性效果，一般需要數(shù)值較大的群折射率。但是在現(xiàn)有的PCSWs中，群折射率的增大往往同時(shí)伴隨著帶寬的減小以及群速度色散的增大，而這些因素的改變都會(huì)影響慢光的實(shí)際應(yīng)用。為了獲得低色散、大帶寬的慢光，目前的方法主要是對(duì)稱地改變線缺陷兩側(cè)數(shù)排孔洞的半徑大小、位置和折射率以及孔洞的形狀等。這些方法中，對(duì)稱改變數(shù)排孔洞的半徑大小，不能提供較大范圍的群折射率和零色散帶寬；而要改變孔洞的位置，則要求相當(dāng)嚴(yán)格的制備誤差，其位移一般要控制在幾納米到幾十納米；而要改變幾排孔洞的折射率，通常無(wú)法進(jìn)行實(shí)際的操作。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種產(chǎn)生較大的群折射率并具有低色散和大帶寬的慢光，且制備簡(jiǎn)單方便的光子晶體平板波導(dǎo)。

本實(shí)用新型解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為：一種光子晶體平板波導(dǎo)，包括薄膜層和襯底材料層，所述的薄膜層和所述的襯底材料層之間設(shè)置有隔離塊使所述的薄膜層和所述的襯底材料層之間形成空氣層，所述的薄膜層設(shè)置有線缺陷和分布在所述的線缺陷兩側(cè)的多排空氣孔，所述的空氣孔的延伸周期為常數(shù)a，所述的薄膜層厚度h=0.3a～0.7a，所述的空氣孔包括設(shè)置在所述的線缺陷一側(cè)并與所述的線缺陷相鄰的第一空氣孔和設(shè)置在所述的線缺陷另一側(cè)并與所述的線缺陷相鄰的第二空氣孔及與所述的線缺陷不相鄰的第三空氣孔，所述的第一空氣孔的半徑r_u為0.2a～0.4a，所述的第二空氣孔半徑r_d為0.2a～0.4a，且r_u≠r_d，所述的第三空氣孔的半徑r=0.25a～0.35a。

所述的第一相鄰空氣孔的半徑r_u大于所述的第三空氣孔的半徑r而所述的第二相鄰空氣孔半徑r_d小于所述的第三空氣孔的半徑r或所述的第一相鄰空氣孔的半徑r_u小于所述的第三空氣孔的半徑r且所述的第二相鄰空氣孔半徑r_d大于所述的第三空氣孔的半徑r。

所述的第一相鄰空氣孔的半徑r_u大于所述的第二相鄰空氣孔半徑r_d并均大于所述的第三空氣孔的半徑r。

所述的第一相鄰空氣孔的半徑r_u小于所述的第二相鄰空氣孔半徑r_d并均小于所述的第三空氣孔的半徑r。

所述的薄膜層厚度h=0.5a。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于通過(guò)改變線缺陷兩側(cè)相鄰的兩排空氣孔的尺寸大小（r_u和r_d），就可在較大范圍內(nèi)改變?nèi)赫凵渎屎蜕⑵教沟膸挘渲腥赫凵渎士蛇_(dá)100或更高。當(dāng)減小兩排孔的半徑（都小于r）時(shí)，可減小群折射率至18，同時(shí)可增大帶寬至36nm（當(dāng)工作波長(zhǎng)λ=3μm時(shí)）；當(dāng)增大兩排孔的半徑（都大于r）時(shí)，可一定程度上增大群折射率同時(shí)減小帶寬；而減小一排孔的半徑（小于r），并且同時(shí)增大另一排孔的半徑（大于r）時(shí)，可進(jìn)一步增大群折射率至130，同時(shí)伴隨著帶寬的減小至3.1nm（當(dāng)工作波長(zhǎng)λ=3μm時(shí)）。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型的非對(duì)稱光子晶體慢光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為光子晶體波導(dǎo)偶模（也稱為類TE模）中導(dǎo)模的的色散關(guān)系示意圖；

圖3為臨近線缺陷兩排空氣孔半徑變化時(shí)，群折射率隨頻率變化的示意圖；