[發(fā)明專利]一種二維硅基太赫茲頻域的光子晶體波導耦合器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710130035.0
• 申請日: 2017-03-07
• 公開（公告）號: CN106707412B
• 公開（公告）日: 2019-06-14
• 發(fā)明（設計）人: 萬勇;李長紅;高競;姜澄溢;徐勝
• 申請（專利權）人: 青島大學
• 主分類號: G02B6/122
• 分類號: G02B6/122;G02B6/12
• 代理公司: 青島高曉專利事務所(普通合伙) 37104
• 代理人: 黃曉敏

本發(fā)明屬于光通信技術領域，涉及一種二維硅基太赫茲頻域的光子晶體波導耦合器，主體結構包括輸入?yún)^(qū)、傳輸區(qū)和輸出區(qū)，其中輸入?yún)^(qū)包括二維硅基、輸入?yún)^(qū)耦合端口、輸入?yún)^(qū)漸變散射元、輸入?yún)^(qū)不變散射元、輸入?yún)^(qū)散射元間隙、輸入?yún)^(qū)耦合微腔和輸入?yún)^(qū)波導，傳輸區(qū)包括傳輸區(qū)散射元、傳輸區(qū)散射元間隙、傳輸區(qū)耦合腔和傳輸區(qū)波導，輸出區(qū)包括輸出區(qū)散射元、輸出區(qū)散射元間隙、輸出區(qū)波導和輸出端口；其結構體積小，穩(wěn)定性強，光的耦合和傳輸效率高，加工技術成熟，可廣泛應用于激光、非線性光學和太赫茲通訊領域。

技術領域：

本發(fā)明屬于光通信技術領域，涉及一種新型硅基光子晶體波導耦合器，特別是一種輸入?yún)^(qū)帶有提高耦合效率轉換器的，并具有極好慢光效應、高效率穩(wěn)定傳輸?shù)模⑶铱蓪崿F(xiàn)多種功能的二維硅基太赫茲頻域的光子晶體波導耦合器。

背景技術：

太赫茲波(THz，10¹²赫茲)具有很多優(yōu)點：它穿透性強，能夠低損耗透過電介質及非極性物體，使得它能夠對硅和陶瓷等非透明介質透視成像；太赫茲波是濃煙、沙塵等低可見度情況下成像的理想光源，在火災救護、沙漠、霧霾天氣等場合具有廣泛的應用前景；太赫茲波的相對能量較低，不會產(chǎn)生光致電離，可放心應用于生物樣品的檢測和旅客的安檢等方面；太赫茲波光譜分辨力強，可以傳輸許多不同的光譜信息；太赫茲波還具有瞬態(tài)性、寬帶性及相干性，可以很好地抑制遠紅外背景噪聲的干擾，為通信載體提供保障、實現(xiàn)超高的測量信噪比等優(yōu)點。因此，太赫茲技術作為一種嶄新的迅速成長的科學引起了很多領域的矚目，尤其是在物理學、化學、天文學、環(huán)境科學、氣體探測、生物醫(yī)學檢測、通信等學科領域展示出巨大的應用前景。

硅材料不僅對太赫茲透明，而且因為硅材料的相對折射率高(n＝3.5)，原料材料豐富，光電性能穩(wěn)定性和可靠性高，加工工藝技術成熟，不含有毒元素，不對環(huán)境造成污染，市場接受程度高等因素，硅基的太赫茲波導被廣泛采用。硅基的太赫茲頻域光子晶體結構的另一優(yōu)點是便于加工，現(xiàn)在硅結構加工的精度已達到20nm，而太赫茲的波長是300μm。現(xiàn)有硅基太赫茲頻域的光子晶體波導結構有：多膜干涉波導、線缺陷波導、耦合腔波導、分束器、彎曲波導、定向耦合波導等等，這些波導結構對太赫茲的理論和應用研究起到了很重要的作用。

但是現(xiàn)有的硅基光子晶體波導研究，多集中在光子晶體波導結構本身的功能單元和結構設計，存在的主要問題有：一是關于輸入?yún)^(qū)耦合效率轉換器方面的研究很少，其實硅基太赫茲頻域的光子晶體波導設計的首要問題是將自由空間的太赫茲波耦合進波導(或光纖)中傳輸，這是提高太赫茲系統(tǒng)效率和穩(wěn)定性的基礎。由于太赫茲波較難耦合進入光子晶體平板波導，許多研究結果顯示，其最終的傳輸效率不到70％，有的研究其最終的傳輸損耗甚至超過了6dB；二是沒有很好地利用光子晶體結構的慢光特性，將慢光特性和降低太赫茲波導(或光纖)的傳輸損耗、實現(xiàn)寬帶信息傳輸?shù)葍?nèi)容結合起來。很多研究注重了功分器、濾波器和光開關的功能設計，其理論和實驗結果也優(yōu)于傳統(tǒng)的波導結構，但多數(shù)結構都只利用了光子晶體結構的禁帶特性，不僅沒有用到光子晶體慢光效應特性，也沒有注意結構的優(yōu)化會對太赫茲波傳輸產(chǎn)生的影響。因此，尋求一種新型二維硅基太赫茲頻域的光子晶體波導耦合器，充分利用和優(yōu)化光子晶體結構的禁帶特性和慢光效應，在其輸入?yún)^(qū)提高太赫茲波耦合進波導中的效率和穩(wěn)定性；并在其傳輸過程利用光子晶體結構的禁帶和慢光等特性，優(yōu)化結構和參數(shù)，實現(xiàn)太赫茲波導的低損耗傳輸。而且其輸出區(qū)根據(jù)不同需求能實現(xiàn)效率高、結構靈活、功能多樣的太赫茲波輸出。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術存在的缺點，設計一種帶有能提高耦合效率轉換器的，并具有結構的光子禁帶和慢光效應、實現(xiàn)高效率穩(wěn)定傳輸?shù)模Y構靈活、功能多樣的二維硅基太赫茲頻域的光子晶體波導耦合器，該光子晶體波導耦合器轉換效率高、結構穩(wěn)定、便于加工和規(guī)模生產(chǎn)，將光子晶體的禁帶特性、慢光特性等特點應用于光子晶體波導耦合器的設計和優(yōu)化。