[實用新型]多信道異質結構光子晶體濾波器

有效

• 申請號: 201720829428.6
• 申請日: 2017-07-10
• 公開（公告）號: CN206946021U
• 公開（公告）日: 2018-01-30
• 發明（設計）人: 彭瑤;陸葉;范慶斌;李傳起;周省邦;李明揚
• 申請（專利權）人: 廣西師范大學
• 主分類號: G02B6/122
• 分類號: G02B6/122
• 代理公司: 廣州市一新專利商標事務所有限公司44220
• 代理人: 滕杰鋒

技術領域

本實用新型涉及微納光子學和波分復用領域，具體涉及一種多信道異質結構光子晶體濾波器。

背景技術

光濾波器是光通信系統（波分復用系統（WDM））以及光子集成領域的基本組成單元，用于實現光信號的上下路功能；為了充分利用光通信系統,面對越來越密集的波長通道,光濾波器的尺寸要求越來越小并且易于集成；傳統的半導體光濾波器體積較大，不利于光通信日益集成化的發展趨勢；光子晶體由于具有體積小、損耗低、易集成的特點，因此它已應用于光子晶體濾波器中，基于光子晶體的上下路濾波器尺寸比以前傳統器件大大減小,達到微米量級。

在光子晶體濾波器方面，由于三端口側邊耦合下路濾波器方便引入多個微腔，可以實現多通道濾波而被眾多研究者采納。一般情況下，光子晶體側邊耦合的最大下載效率不超過50%，這是因為當光子被耦合進入微腔的同時，一大部分的光能量會以前向波和后向波的形式返回到波導中。為此， Kim 等人在波導末端設計了反射壁，實現了100%的反射反饋，下路效率得到了很大提高。 Ren等人設計了一種側邊耦合的波長選擇性反射微腔，增加了三端口下路濾波器的下路效率, 然而，這種濾波器需要兩個微腔有相同的諧振頻率，在工藝中較難實現。

發明內容

基于上述背景，本實用新型提供一種高透過率、高品質因子、多信道的二維正方晶格光子晶體濾波器：多信道異質結構光子晶體濾波器。本實用新型采用下述技術方案：光子晶體濾波器包括了光子晶體PC1、主波導、下路波導、線性漸變型微腔、異質結反射器。光子晶體PC1由圓形硅柱周期性排列在空氣中組成，在該光子晶體PC1中去掉一排水平的介質柱形成主波導，在垂直于該主波導方向上去掉一列介質柱形成一個垂直下路波導，在主波導和各個下路波導之間引入微腔，每個微腔都包括3個以上半徑不同的介質柱，由微腔中心分別到主波導以及下路波導方向的硅柱半徑呈線性遞增的趨勢。在光子晶體PC1波導末端嵌入其硅柱半徑大于光子晶體PC1硅柱半徑的光子晶體PC2，形成異質結反射器。光信號從主波導左端輸入，從下路波導輸出。

本實用新型可以獲得如下有益效果：利用光子晶體波導的導模禁帶特性，通過在波導末端嵌入大半徑硅柱的方式引入異質結光子晶體，形成了一種濾波器反射結構。該異質結濾波器在一個較大帶寬范圍內的反射效率接近100%；再將該異質結反射器與能夠提高微腔品質因子特性的新型漸變型微腔結合，通過合理的調整微腔參考面與異質結界面的距離，實現了濾波器的高效下路，濾波效率都在90%以上，透射譜半高寬都在0.54nm以下，均達到較高的品質因子，且該濾波器尺寸大小只有15.15μm*13.91μm，易于集成。

附圖說明

圖1為本實用新型實施例的結構示意圖。

圖2中的（a）和（b）分別為無反射器和帶異質結反射器的光子晶體三端口下路濾波器結構示意圖。

圖3中（a）和（b）分別為本實用新型中的光子晶體PC1和光子晶體PC2的波導導模曲線。

圖4為本實用新型與無任何反射器的光子晶體濾波器的下路效率的對比圖。

圖5描述了多通道濾波器的工作頻段，圖中曲線為光子晶體PC2的波導導模曲線。

圖6為多通道濾波器中a,b,c,d四個下路的透射譜。

具體實施方式

圖1所示，光子晶體濾波器包括了二維正方晶格光子晶體PC1、主波導、下路波導、線性漸變型微腔、異質結反射器。光子晶體PC1由圓形硅柱（n=3.4）周期性排列在空氣中組成，在該二維光子晶體PC1中去掉一排水平的介質柱形成主波導，在垂直于該主波導方向上去掉一列介質柱形成一個垂直下路波導，用同樣的方法再形成四個彎曲下路波導。在主波導和各個下路波導之間引入微腔，每個微腔都包括數個（3個以上）半徑不同的介質柱；由微腔中心分別到主波導以及下路波導方向的硅柱半徑呈線性遞增的趨勢，稱其為線性漸變型微腔，僅改變微腔中心的硅柱半徑即可完成選頻作用；光信號從主波導左端輸入，從下路波導輸出。光子晶體PC1的介質柱半徑優選值為0.2a，光子晶體PC2的硅柱半徑優選值為0.375a，兩者具有相同的晶格常數a，為了涉及適用于第三通信窗口（1550nm）附近波段的濾波器，取晶格常數a=570nm。