[發明專利]基于光子晶體的非互易光傳輸裝置及非互易光傳輸方法

有效

• 申請號: 201810270000.1
• 申請日: 2018-03-29
• 公開（公告）號: CN108562973B
• 公開（公告）日: 2023-06-20
• 發明（設計）人: 李潮;吳俊芳;吳淑雅
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G02B6/122
• 分類號: G02B6/122;G02F3/02
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 陳文姬

1.基于光子晶體的非互易光傳輸裝置，其特征在于，包括波長可調諧連續波激光器、功率可調超短脈沖激光器以及光子晶體非互易微腔-波導結構；

所述光子晶體非互易微腔-波導結構由前側光子晶體波導、光子晶體微腔、后側光子晶體波導組成；所述前側光子晶體波導位于光子晶體微腔的左側，后側光子晶體波導位于光子晶體微腔的右側；

所述光子晶體微腔由直徑為0.42a、折射率為1.59、非線性Kerr系數為1.3×10^-3m²/W的圓形聚苯乙烯介質柱構成，其中a為光子晶體的晶格常數；

所述前側光子晶體波導、后側光子晶體波導內構成線缺陷的微介質柱直徑為0.2a；

所述前側光子晶體波導的長度為2a，后側光子晶體波導的長度為8a；

所述功率可調超短脈沖激光器用于對光子晶體微腔泵浦；所述波長可調諧連續波激光器用于提供入射信號光。

2.根據權利要求1所述的基于光子晶體的非互易光傳輸裝置，其特征在于，所述光子晶體由Si材料圓形介質柱構成正方晶格，所述介質柱的直徑為0.4a，折射率為3.4。

3.基于光子晶體的非互易光傳輸裝置的非互易光傳輸方法，其特征在于，所述光子晶體的非互易光傳輸裝置包括波長可調諧連續波激光器、功率可調超短脈沖激光器以及光子晶體非互易微腔-波導結構；所述光子晶體非互易微腔-波導結構由前側光子晶體波導、光子晶體微腔、后側光子晶體波導組成；所述前側光子晶體波導位于光子晶體微腔的左側，后側光子晶體波導位于光子晶體微腔的右側；所述功率可調超短脈沖激光器用于對光子晶體微腔泵浦；所述波長可調諧連續波激光器用于提供入射信號光；

所述非互易光傳輸方法包括以下步驟：

步驟一：對光子晶體微腔左右兩側的波導結構進行非對稱設計，通過精細調節波導內構成線缺陷的微介質柱尺寸，使微腔與前后兩側波導的耦合系數的比值大于1.5或小于0.7；

步驟二：頻率位于光子晶體帶隙范圍內的連續波信號光從前側光子晶體波導或后側光子晶體波導輸入；與此同時，功率可調的超短激光脈沖隨同連續波信號光由同一輸入端向波導入射；在脈沖泵浦光的作用下并借助非線性Kerr效應，耦合微腔的諧振模將紅移，并出現光學雙穩態，進而實現全光二極管的單向光傳輸。

4.根據權利要求3所述的基于光子晶體的非互易光傳輸裝置的非互易光傳輸方法，其特征在于，當需實現信號光的正向傳輸而反向截止時，進行以下操作：

在步驟一中，通過精細調節波導內構成線缺陷的微介質柱尺寸，使微腔與前側波導的耦合系數大于微腔與后側波導的耦合系數的1.5倍；

當信號光和脈沖泵浦光從前側波導入射時，有足夠多的能量耦合入微腔，將微腔的雙穩態激發至“高能量透射諧振態”，并將微腔諧振模波長紅移至信號光波長，從而實現信號光以較高的透射率向后側光子晶體波導出射；

而當連續波信號光從后側光子晶體波導入射時，由于后側波導與微腔的耦合系數較小，耦合入微腔的能量不足以達到雙穩態的高能量的閾值，故微腔處于“低能量透射失諧態”，使得信號光由后側向前傳輸被截止。

5.根據權利要求4所述的基于光子晶體的非互易光傳輸裝置的非互易光傳輸方法，其特征在于，所述精細調節波導內構成線缺陷的微介質柱尺寸，具體為：將波導內構成線缺陷的微介質柱直徑縮小至0.2a，其中a為光子晶體的晶格常數。

6.根據權利要求3所述的基于光子晶體的非互易光傳輸裝置的非互易光傳輸方法，其特征在于，當需要實現信號光的正向傳輸而反向截止時：

在步驟一中，通過精密調節波導內構成線缺陷的微介質柱尺寸，使微腔與前側波導的耦合系數小于微腔與后側波導的耦合系數的0.7倍；這樣，當連續波信號光和脈沖泵浦光從前側光子晶體波導入射時，由于前側波導與微腔的耦合系數較小，耦合入微腔的能量不足以達到雙穩態的高能量的閾值，故微腔處于“低能量透射失諧態”，使得信號光由前側向后傳輸被截止；

而當連續波信號光從后側波導入射時，由于后側波導與微腔的耦合系數較大，故有足夠多的能量耦合入微腔，將微腔的雙穩態激發至“高能量透射諧振態”，并將微腔諧振模波長紅移至信號光波長，從而實現信號光以較高的透射率向前側光子晶體波導出射。