[發(fā)明專利]基于光子晶體微腔的動(dòng)態(tài)調(diào)Q裝置和方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810487958.6
• 申請(qǐng)日: 2018-05-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108390249B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-07-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳俊芳;李潮;王博
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號(hào): H01S3/115
• 分類號(hào): H01S3/115
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 陳文姬

本發(fā)明公開(kāi)了基于光子晶體微腔的動(dòng)態(tài)調(diào)Q裝置，包括波長(zhǎng)可調(diào)諧脈沖激光器、p?i?n結(jié)電光調(diào)制器以及光子晶體微腔?波導(dǎo)結(jié)構(gòu)；所述光子晶體微腔?波導(dǎo)結(jié)構(gòu)由前側(cè)光子晶體波導(dǎo)、多模光子晶體微腔、后側(cè)光子晶體波導(dǎo)組成；所述前側(cè)光子晶體波導(dǎo)位于多模光子晶體微腔的左側(cè)，后側(cè)光子晶體波導(dǎo)位于多模光子晶體微腔的右側(cè)。本發(fā)明還公開(kāi)了基于光子晶體微腔的動(dòng)態(tài)調(diào)Q方法。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)和集成，可以通過(guò)對(duì)多模光子晶體微腔的形狀、結(jié)構(gòu)和尺寸的精細(xì)設(shè)計(jì)來(lái)自由操控低Q值腔模和超高Q值腔模的諧振頻率和Q值大小，使多模光子晶體微腔具有較大的動(dòng)態(tài)調(diào)Q范圍及較大的工作帶寬。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光子晶體微腔，特別涉及基于光子晶體微腔的動(dòng)態(tài)調(diào)Q裝置和方法。

背景技術(shù)

高Q值微腔由于能把光長(zhǎng)時(shí)間地局域在亞波長(zhǎng)量級(jí)的微小空間內(nèi)，使得腔內(nèi)光與物質(zhì)相互作用大大增強(qiáng)，因而在全光開(kāi)關(guān)、光二極管、全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。近年來(lái)，隨著微納光子技術(shù)的飛速發(fā)展，品質(zhì)因子超過(guò)10⁵的超高Q值微腔已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。然而，高Q值微腔面臨著一個(gè)基本的困難：一方面，微腔的Q值越高，則光子在微腔中的存儲(chǔ)壽命越長(zhǎng)；但另一方面，由于高Q值微腔對(duì)應(yīng)的腔模線寬很窄，因此允許耦合入微腔的脈沖信號(hào)光的帶寬也必然很窄，并導(dǎo)致信號(hào)光進(jìn)入和離開(kāi)高Q值微腔的速度極慢(與Q值成反比)，這顯然對(duì)高速、寬帶光信號(hào)處理的要求是不利的。

解決上述問(wèn)題的關(guān)鍵，便是動(dòng)態(tài)調(diào)Q：首先，將微腔調(diào)至較低Q值狀態(tài)，以便讓具有較大帶寬的脈沖信號(hào)光從波導(dǎo)快速耦合進(jìn)微腔，此時(shí)微腔處于“開(kāi)態(tài)”；接著，待脈沖信號(hào)光完全進(jìn)入微腔后，迅速將微腔調(diào)至超高Q值，讓“俘獲”的信號(hào)光很難從微腔溢出，此時(shí)微腔處于“閉態(tài)”，使光能較長(zhǎng)時(shí)間地局域在腔內(nèi)，從而獲得顯著的光延遲，增強(qiáng)光與物質(zhì)的相互作用；當(dāng)需要釋放時(shí)，再次將微腔調(diào)至低Q狀態(tài)，存儲(chǔ)的信號(hào)光便能迅速?gòu)奈⑶获詈先氤錾洳▽?dǎo)。這樣便能顯著增大延遲-帶寬乘積，突破它們之間矛盾關(guān)系的限制。然而，對(duì)微腔實(shí)現(xiàn)大幅度的動(dòng)態(tài)調(diào)Q具有相當(dāng)?shù)碾y度，目前的實(shí)現(xiàn)途徑很少，主要是通過(guò)在光子晶體波導(dǎo)一側(cè)引入反射鏡、并借助精確的超快相位調(diào)制控制入射光與反射光干涉相消或相長(zhǎng)、使微腔在“閉態(tài)”和“開(kāi)態(tài)”之間切換，或者是通過(guò)對(duì)多個(gè)耦合微腔的諧振波長(zhǎng)同時(shí)進(jìn)行絕熱波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換產(chǎn)生類似電磁感應(yīng)透明效應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這些動(dòng)態(tài)調(diào)Q的方式，不論是基于相位調(diào)制的干涉效應(yīng)，還是基于多微腔諧振頻率調(diào)制的類電磁感應(yīng)透明效應(yīng)，所涉及的技術(shù)都十分復(fù)雜，對(duì)實(shí)驗(yàn)條件要求很苛刻，其應(yīng)用也因此受到局限。因此，探討一種更為簡(jiǎn)單有效的動(dòng)態(tài)調(diào)Q方法、在單個(gè)微腔中實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)調(diào)Q是十分重要和關(guān)鍵的。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)與不足，本發(fā)明的目的在于提供一種基于光子晶體微腔的動(dòng)態(tài)調(diào)Q裝置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)和集成。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種基于光子晶體微腔的動(dòng)態(tài)調(diào)Q方法，具有較大帶寬的信號(hào)光既能快速地耦合入微腔，又能長(zhǎng)時(shí)間地局域在微腔內(nèi)，并在需要的時(shí)候快速釋放。

本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

基于光子晶體微腔的動(dòng)態(tài)調(diào)Q裝置，包括波長(zhǎng)可調(diào)諧脈沖激光器、p-i-n結(jié)電光調(diào)制器以及光子晶體微腔-波導(dǎo)結(jié)構(gòu)；所述波長(zhǎng)可調(diào)諧脈沖激光器用于提供入射信號(hào)光；所述p-i-n結(jié)電光調(diào)制器用于對(duì)光子晶體微腔折射率進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)制；

所述光子晶體微腔-波導(dǎo)結(jié)構(gòu)由前側(cè)光子晶體波導(dǎo)、多模光子晶體微腔、后側(cè)光子晶體波導(dǎo)組成；所述前側(cè)光子晶體波導(dǎo)位于多模光子晶體微腔的左側(cè)，后側(cè)光子晶體波導(dǎo)位于多模光子晶體微腔的右側(cè)；

所述光子晶體由圓形空氣孔在硅材料平板中構(gòu)成三角晶格；所述空氣孔的直徑為0.4a，其中a為光子晶體的晶格常數(shù)；所述硅材料平板的厚度為0.5a；

所述多模光子晶體微腔由在光子晶體芯片中央沿水平方向移去6至14個(gè)空氣孔而形成，包含1個(gè)低Q值腔模和1個(gè)超高Q值腔模，所述低Q值腔模的Q值小于15000；所述超高Q值腔模Q值大于100000；所述較低Q值腔模的諧振頻率與入射脈沖信號(hào)光的中心頻率相同；