[發明專利]一種可調雙通道光子濾波器

在審

• 申請號: 202110996072.6
• 申請日: 2021-08-27
• 公開（公告）號: CN113625372A
• 公開（公告）日: 2021-11-09
• 發明（設計）人: 趙東
• 申請（專利權）人: 湖北科技學院
• 主分類號: G02B1/00
• 分類號: G02B1/00;G02F1/01
• 代理公司: 咸寧鴻信專利代理事務所(普通合伙) 42249
• 代理人: 劉喜

本發明提供了一種可調雙通道光子濾波器，屬于光學技術領域。包括五個第一電介質層和三個第二電介質層，第一電介質層和第二電介質層由入射方向至出射方向排列順序為：第一電介質層、第二電介質層、第一電介質層、第一電介質層、第一電介質層、第二電介質層、第一電介質層、第二電介質層；第一電介質層和第二電介質層為兩種折射率不同的均勻電介質；第一電介質層和第二電介質層的厚度分別為各自折射率對應的1/4光學波長；相鄰第一電介質層的分界處或第一電介質層與第二電介質層的分界處分別嵌入有一石墨烯單層；橫磁波從可調雙通道光子濾波器的入射側垂直入射。本雙通道光子濾波器能夠調節濾波通道的透射率和中心頻率。

技術領域

本發明屬于光學技術領域，涉及一種可調雙通道光子濾波器。

背景技術

濾波器分為帶通、帶阻、低通和高通四種類型。在多信道通信中，需要用到多通道濾波器，對單一頻率進行濾波。在光纖通信系統中，可以通過波分復用技術來提高信道的容量，所用到的光波分復用器就是一種多通道器件。傳統的光波分復用器是通過光纖光柵的來實現對信道的解復。人造光子晶體的出現，為波分復用技術中的多通道濾波器設計提供了新的方案。

將兩種折射率不同的電介質在空間中進行性交替排列，就可以得到一維、二維或三維光子晶體。光子晶體具有能帶結構，該特性可以實現對光波的全透射和全反射。帶缺陷的光子晶體能帶中會出現缺陷模。當入射光波長等于缺陷模時，便會形成共振輸出，此時透射率極大而反射極小。此類結構可被用于單信道光子濾波器。

非周期光子晶體也具有能帶結構，只是非周期光子晶體的有序性不如周期性光子晶體。然而非周期光子晶體天然地存在多個缺陷層，這使得非周期光子晶體更容易得到多個共振缺陷模。準周期光子晶體的有序性位于周期性光子晶體和非周期光子晶體之間。在準光子晶體中，既可以得到多個共振缺陷模，且缺陷模的數量又可通過增加序列的序號來進行擴展。因此，準周期光子晶體可被用作多通道光子濾波器。然而光子晶體一旦形成，缺陷層的位置就被固定，很難對缺陷模的中心頻率進行調控。

石墨烯是一種超薄的二維材料，其表面電導率可以通過石墨烯的化學勢來靈活調控。當把石墨烯等效成一定厚度的電介質時，其等效折射率是化學勢的函數。因此，可通過化學勢來靈活調控石墨烯的等效折射率。如果將石墨烯嵌入到光子晶體中，則石墨烯的存在會引起整體結構透射率的改變。石墨烯的等效折射率是化學勢的函數，進而可通過石墨烯的化學勢來改變結構的透射譜，進而達到調控透射模中心頻率的目的。

在數學上，周期倍增(Period-Doubling：PD)序列是一種準周期序列，其對應的PD光子晶體是準周期光子晶體。在PD光子晶體中，存在一系列的透射模。這些透射模是由光波在缺陷層中共振形成的。隨著序列序號的增加，缺陷模的數量迅速擴展，且缺陷模具有自相似特性，這種現象叫光學分形效應，對應的共振模也叫光學分形態?？梢詫⒐鈱W分形態應用于多通道光濾波器中。再將石墨烯插入到PD光子晶體中，形成復合結構，則濾波通道的中心頻率和透射率可以通過石墨烯的化學勢來靈活調控。

發明內容

本發明的目的是針對現有的技術存在的上述問題，提供一種可調雙通道光子濾波器，本發明所要解決的技術問題是設計一種能夠調節濾波通道的透射率和中心頻率的雙通道光子濾波器。

本發明的目的可通過下列技術方案來實現：一種可調雙通道光子濾波器，其特征在于，兩種電介質薄片按照序號N＝3的周期倍增(Period-Doubling：PD)序列依次排列，形成PD光子晶體，石墨烯被嵌入到相鄰兩薄片的分界面處，形成復合結構。具體地，包括五個第一電介質層和三個第二電介質層，所述第一電介質層和第二電介質層由入射方向至出射方向排列順序為：第一電介質層、第二電介質層、第一電介質層、第一電介質層、第一電介質層、第二電介質層、第一電介質層、第二電介質層；第一電介質層和第二電介質層為兩種折射率不同的均勻電介質；第一電介質層和第二電介質層的厚度分別為各自折射率對應的1/4光學波長；相鄰第一電介質層的分界處或第一電介質層與第二電介質層的分界處分別嵌入有一石墨烯單層；橫磁波從可調雙通道光子濾波器的入射側垂直入射。