專利名稱：利用光子晶體平板Fano共振效應實現密集波分復用的方法
技術領域：
本發明涉及光通信技術、光子晶體波分復用技術、光學濾波技術、光子集成技術領域，特別涉及一種利用光子晶體平板Fano共振效應實現光學濾波實現光波分復用的方法。
背景技術：
波分復用技術是將不同波長的信號合波,在同一光纖上實現多路信道同時傳輸。波分復用/復用器件是波分復用技術中最為關鍵的部件，它將不同波長的信號匯合到一根光纖或從多路信號中篩選出特定的波長。在目前實際應用的波分復用系統中，主要有光柵型光波分復用器和介質膜濾波器型光波分復用器。傳統的光柵波分復用器普遍采用閃耀光柵，但其制作困難，分光系統結構復雜，成本高；Robert ff. Johnson等提出在玻璃襯底上交錯生長多層二氧化硅和二氧化鈦薄膜，得到溫度穩定性比較好的特定波長的透過型窄帶濾波器。劉海山等人提出利用一維的光子晶體結構實現窄帶濾波器，以應用于密集波分復用。但無論是干涉型多層介質膜濾波器型波分復用器還是一維光子晶體型濾波器型波分復用器，均需要在襯底上蒸鍍多層介質膜，裝配時間長，且器件的損耗與成本與復用的信道數成正比。二維光子晶體平板中的Fano共振是一種共振的散射效應，具體是由光子晶體平板中的共振散射機制與背景空氣之間產生的干涉效應。在透過譜或者反射譜上直接表現為非對稱的曲線形狀，即為Fano共振曲線。在共振點兩側分別具有反射率最高點及透射率最高點。如圖4所示，利用光子晶體平板的這種Fano共振效應可以同時實現反射型的窄帶濾波器和透射型的窄帶濾波器。通過調節光子晶體平板的參數，可以調節濾波器的線寬及間距。只需要一層光子晶體平板，結構簡單，容易制作。利用這些優點，可以將兩路信號通過反射濾波和透射濾波的方法，實現光子晶體平板結構密集波分復用器。
發明內容
本發明的主要目的在于提供一種利用光子晶體平板Fano共振效應實現密集波分復用的方法，其是利用光子晶體平板Fano共振效應實現波分復用的方法。通過研究透過譜上Fano共振峰與光子晶體參數、能帶結構的關系，獲得了在Fano共振波長附近分別具有全反射率與全透射率的模式。兩路信號光以一定角度入射到光子晶體平板，分別被全反射和全透射，在空間上將兩路信號光分開，從而實現光波復用。通過調節光子晶體參數，將兩路中心波長間隔很近的信道分開，可以方便應用于密集波分復用技術中的復用器件。為達到上述目的，本發明提供了一種光波分復用光路系統，該系統包括一第一調諧激光器、一分束鏡、一第一耦合光纖4、一準直透鏡、一樣品臺和一光譜分析儀，所述第一調諧激光器、分束鏡、第一耦合光纖、準直透鏡、樣品臺、第二耦合光纖和第二光譜分析儀位于同一主光路上，該樣品臺可旋轉；—第二調諧激光器，位于主光路上分束鏡的一側；
一第一光譜分析儀，位于主光路上樣品臺的一側，在所述第一光譜分析儀和樣品臺之間有一第三稱合光纖；其中，由第一調諧激光器和第二調諧激光器產生兩路單色光經分束鏡、第一耦合光纖耦合到同一條單模光纖中，經準直透鏡準直后斜入射到放在樣品臺的樣品上，由第二耦合光纖和第三耦合光纖分別將透射光和反射光耦合到第一光譜分析儀和第二光譜分析儀，進行光譜分析。本發明還提供一種利用光子晶體平板Fano共振效應實現密集波分復用的方法，該方法是采用前述的光波復用光路系統，該方法包括如下步驟
步驟I :取一樣品，在樣品上制作空氣孔陣列，形成四方晶格或者三角晶格硅材料的光子晶體平板；步驟2 :將一樣品放在樣品臺上，該樣品臺可旋轉角度；步驟3 :由第一調諧激光器和第二調諧激光器發出一光束，經由第一分束鏡、第一耦合光纖耦合到同一條單模光纖中，經準直透鏡準直后入射到放在樣品臺上的樣品上；步驟4 :由第二稱合光纖和第三稱合光纖分別將透射光和反射光稱合到第一光譜分析儀和第二光譜分析儀中；步驟5 :該第一光譜分析儀和第二光譜分析儀進行光譜分析。本發明利用二維光子晶體平板的Fano共振效應將兩路中心波長間隔很小的信道在空間上分波，實現光波復用。器件結構簡單，用微加工工藝容易實現，制作成本低廉；器件尺寸小，可方便應用于光集成及波分復用光通信網絡。
為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發明進一步詳細說明，其中圖I為本發明的二維光子晶體平板密集波分復用器件結構示意圖；圖2為本發明的二路信道密集波分復用光路系統示意圖；；圖3為本發明的兩路調諧激光器產生的激光合波之后的光譜。圖4為本發明的二維光子晶體平板在45度角斜入射時在信號波長段的透過譜和反射譜；圖5為本發明由第一光譜分析儀采集的透射光譜。圖6為本發明由第二光譜分析儀采集的反射光譜。
具體實施例方式請參閱圖I至圖2所示，本發明提供一種光波分復用光路系統，該系統包括—第一調諧激光器I、一分束鏡3、一第一稱合光纖4、一準直透鏡5、一樣品臺6和一光譜分析儀10,所述第一調諧激光器I、分束鏡3、第一稱合光纖4、準直透鏡5、樣品臺6、第二稱合光纖7和第二光譜分析儀10位于同一主光路上,該樣品臺6可旋轉；一第二調諧激光器2，位于主光路上分束鏡3的一側；—第一光譜分析儀9，位于主光路上樣品臺6的一側，在所述第一光譜分析儀9和樣品臺6之間有一第三稱合光纖8 ；
其中，由第一調諧激光器I和第二調諧激光器2產生兩路單色光經分束鏡3、第一耦合光纖4耦合到同一條單模光纖中，經準直透鏡5準直后斜入射到放在樣品臺6的樣品上，由第二耦合光纖7和第三耦合光纖8分別將透射光和反射光耦合到第一光譜分析儀9和第二光譜分析儀10，進行光譜分析。其中該波分復用光路系統工作在光通信波段。其中所述光子晶體平板波分復用系統采用的樣品100只用一層光子晶體平板就可以實現波分復用。
請參閱圖I至圖6所示，本發明還提供一種利用光子晶體平板Fano共振效應實現密集波分復用的方法，該方法是采用前述的光波復用光路系統，該方法包括如下步驟步驟I :取一樣品100，在樣品100上制作空氣孔陣列101，形成四方晶格或者三角晶格娃材料的光子晶體平板；步驟2 :將一樣品100放在樣品臺6上,該樣品臺6可旋轉角度；步驟3 由第一調諧激光器I和第二調諧激光器2發出一光束，經由第一分束鏡3、第一耦合光纖4耦合到同一條單模光纖中，經準直透鏡5準直后入射到放在樣品臺6上的樣品上，其中第一調諧激光器I第二調諧激光器2是通信波段的調諧激光器，所述經準直透鏡5準直后入射到放在樣品臺6上的入射光是斜入射光，所述第一調諧激光器I和第二調諧激光器2中心波長分別為光子晶體平板透過譜上Fano共振最大反射率波長和最大透射率波長，所述第一調諧激光器I和第二調諧激光器2產生的激光中心波長間隔小于Inm ；步驟4 :由第二稱合光纖7和第三稱合光纖8分別將透射光和反射光稱合到第一光譜分析儀9和第二光譜分析儀10中；步驟5 :該第一光譜分析儀9和第二光譜分析儀10進行光譜分析。平板采用微納加工方法實施例請參閱圖1，二維四方晶格的硅基光子晶體平板采用微納加工方法加工得到。步驟如下先在二氧化硅材料102上生長681nm厚的單晶硅100，再在100表面刻蝕出直徑為510nm,孔深為681nm,周期為851nm的四方晶格光子晶體101 ;最后用氫氧化鈉將刻有光子晶體圖形大小面積的底層二氧化硅腐蝕得到單層光子晶體平板。實驗系統實施例請參閱圖2，本發明提供的采用光子晶體平板的Fano共振效應實現光波復用方法的實驗系統包括—第一調諧激光器I、一分束鏡3、一第一稱合光纖4、一準直透鏡5、一樣品臺6和一光譜分析儀10,所述第一調諧激光器I、分束鏡3、第一稱合光纖4、準直透鏡5、樣品臺6、第二稱合光纖7和第二光譜分析儀10位于同一主光路上,該樣品臺6可旋轉；一第二調諧激光器2，位于主光路上分束鏡3的一側；一第一光譜分析儀9，位于主光路上樣品臺6的一側，在所述第一光譜分析儀9和樣品臺6之間有一第三稱合光纖8 ；請參閱圖2和圖3，本發明采用的信號光由中心波長分別為1549nm和1550nm的脈寬為0. 2nm的第一調諧激光器I和第二調諧激光器產生，再由分束鏡3經第一稱合光纖4合波為同一光束，合波后得到的光譜如圖3所示橫軸為波長，縱軸為歸一化的激光光強。由第一I禹合光纖4輸出的光再由準直透鏡5準直，以45度角斜入射在樣品臺6上的樣品表面，透射光和反射光由第二稱合光纖7和第三稱合光纖8分別稱合到第一光譜分析儀9和第二光譜分析儀10，進行光譜分析。請參閱圖4，圖4是理論計算得到的入射光波以45度角照射到樣品臺6上的樣品后的反射譜。從中可以看到，對于中心波長為1549nm的信號光，反射最強，而對于中心波長為1550nm的信號光，透射最強。最強透射率和最強反射率均接近百分之百。樣品放在可微調角度的樣品臺6上，可以通過調節樣品的傾斜度來調整入射光角度。請參閱圖4、圖5和圖6，從準直透鏡輸出的光(如圖4)入射到樣品臺6上的樣品后，經樣品反射和透射的光分別由第一光譜分析儀9和第二光譜分析儀10采集分析，得到如圖5和圖6分別所示的透射光譜和反射光譜。從圖5中可以看出，由第一調諧激光器I 和第二調諧激光器2合波后的光譜(如圖4)經樣品臺6上的樣品透射后在透射譜中只有中心波長為1550nm的光，經反射后的反射譜中只有1549nm的光，從而實現了波分復用。以上所述，僅是本發明的實施例而已，并非對本發明作任何形式上的的限制，凡是依據本發明技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發明技術方案范圍之內，因此本發明的保護范圍當以權利要求書為準。
權利要求
1.ー種光波分復用光路系統，該系統包括 一第一調諧激光器、一分束鏡、一第一耦合光纖、一準直透鏡、一祥品臺和一光譜分析儀，所述第一調諧激光器、分束鏡、第一耦合光纖、準直透鏡、樣品臺、第二耦合光纖和第二光譜分析儀位于同一主光路上，該樣品臺可旋轉； 一第二調諧激光器，位于主光路上分束鏡的ー側； 一第一光譜分析儀，位于主光路上樣品臺的ー側，在所述第一光譜分析儀和樣品臺之間有ー第三稱合光纖； 其中，由第一調諧激光器和第二調諧激光器產生兩路単色光經分束鏡、第一耦合光纖耦合到同一條單模光纖中，經準直透鏡準直后斜入射到放在樣品臺的樣品上，由第二耦合光纖和第三耦合光纖分別將透射光和反射光耦合到第一光譜分析儀和第二光譜分析儀，迸行光譜分析。
2.根據權利要求I所述的光波分復用光路系統，其中該波分復用光路系統工作在光通信波段。
3.根據權利要求I所述的光波分復用光路系統，其中所述光子晶體平板波分復用系統采用的樣品只用ー層光子晶體平板就可以實現波分復用。
4.ー種利用光子晶體平板Fano共振效應實現密集波分復用的方法，該方法是采用如權利要求I所述的光波復用光路系統，該方法包括如下步驟 步驟I :取一祥品，在樣品上制作空氣孔陣列，形成四方晶格或者三角晶格硅材料的光子晶體平板； 步驟2 :將ー樣品放在樣品臺上，該樣品臺可旋轉角度； 步驟3 :由第一調諧激光器和第二調諧激光器發出一光束,經由第一分束鏡、第一I禹合光纖耦合到同一條單模光纖中，經準直透鏡準直后入射到放在樣品臺上的樣品上； 步驟4 由第二耦合光纖和第三耦合光纖分別將透射光和反射光耦合到第一光譜分析儀和第二光譜分析儀中； 步驟5 :該第一光譜分析儀和第二光譜分析儀進行光譜分析。
5.根據權利要求4所述的利用光子晶體平板Fano共振效應實現密集光波分復用的方法，其中第一調諧激光器第二調諧激光器是通信波段的調諧激光器。
6.根據權利要求4所述的利用光子晶體平板Fano共振效應實現密集光波分復用的方法，其中經準直透鏡準直后入射到放在樣品臺上的入射光是斜入射光。
7.根據權利要求5所述的利用光子晶體平板Fano共振效應實現密集光波分復用的方法，其中所述第一調諧激光器和第二調諧激光器中心波長分別為光子晶體平板透過譜上Fano共振最大反射率波長和最大透射率波長。
8.根據權利要求5所述的利用光子晶體平板Fano共振效應實現密集光波分復用的方法，其中所述第一調諧激光器和第二調諧激光器產生的激光中心波長間隔小于lnm。
全文摘要
一種利用光子晶體平板Fano共振效應實現密集波分復用的方法，其中光波分復用光路系統包括一第一調諧激光器、一分束鏡、一第一耦合光纖、一準直透鏡、一樣品臺和一光譜分析儀，所述第一調諧激光器、分束鏡、第一耦合光纖、準直透鏡、樣品臺、第二耦合光纖和第二光譜分析儀位于同一主光路上，該樣品臺可旋轉；一第二調諧激光器，位于主光路上分束鏡的一側；一第一光譜分析儀，位于主光路上樣品臺的一側，在所述第一光譜分析儀和樣品臺之間有一第三耦合光纖；其中，由第一調諧激光器和第二調諧激光器產生兩路單色光經分束鏡、第一耦合光纖耦合到同一條單模光纖中，經準直透鏡準直后斜入射到放在樣品臺的樣品上，由第二耦合光纖和第三耦合光纖分別將透射光和反射光耦合到第一光譜分析儀和第二光譜分析儀，進行光譜分析。
文檔編號G02B6/293GK102684809SQ20111040536
公開日2012年9月19日 申請日期2011年12月8日 優先權日2011年12月8日
發明者李成果, 許興勝, 高永浩 申請人:中國科學院半導體研究所