帶有反射腔的光子晶體濾波器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種光子晶體濾波器。
【背景技術】
[0002]光子晶體是一種將不同介電常數的材料按周期性排列構成的人工微結構，其基本特性是光子帶隙，頻率落在禁帶中的光波將無法傳播，另一個特性是光子局域，打破光子晶體的周期性結構，引入某些缺陷，與缺陷頻率相吻合的光波將被局域在缺陷內，由于光子晶體的優良特性和它可以在很小的尺寸空間控制光的傳播、結構緊湊性好的優點，光子晶體為人們設計濾波器提供了有力的工具。
[0003]光子晶體微腔是破壞光子晶體周期性結構的點缺陷，微腔頻率位于光子晶體帶隙內，光被完全約束進微腔，理論上微腔的品質因子可以很高，通過調節微腔的結構和參數，可以改變微腔的諧振頻率和模式，因此微腔是一個理想的濾波器件。
[0004]硫系玻璃是一種基于硫、砸、碲等元素并加入其它元素制得的光學材料，其響應時間超快，響應時間小于lOOfs，其中光效應小于50fs，且非線性系數高，三階非線性系數n2比一般的氧化物玻璃大得多，是硅基的100-1000倍。這類玻璃突破了傳統光通信所廣泛使用的非線性系數不夠高的石英玻璃，可以實現光學器件的小型化及高性能。此外，硫系玻璃還是一種優良的紅外光學材料，具有較寬的紅外透過光譜，依據組成不同，其透過范圍從0.5um?25um不等，透過波段包括全部的近紅外和大部分中紅外區域，這為后續設計近紅外及中紅外區域的光子晶體濾波器提供了可能。

【發明內容】

[0005]本發明所要解決的技術問題是一種透過率高、Q值也高的帶有反射腔的光子晶體濾波器。
[0006]本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為:一種帶有反射腔的光子晶體濾波器，包括多個介質柱形成的二維光子晶體，其特征在于:該二維光子晶體中去掉一排水平的介質柱形成水平波導，并且從該水平波導的中心開始向上去掉一排垂直的介質柱形成垂直波導，該垂直波導即為垂直輸出波導，該垂直波導與水平波導相交位置的一側的水平波導為水平輸入波導，該垂直波導與水平波導相交位置的另一側的水平波導為水平輸出波導，缺陷腔位于垂直輸出波導內靠近與水平輸入波導相鄰的位置，反射腔位于水平輸出波導內與該垂直輸出波導相鄰的位置，所述反射腔與缺陷腔均包括五個依次排列的介質柱，其中位于中心的中心介質柱的半徑比另外四個介質柱的半徑大，另外四個介質柱分別兩兩位于中心介質柱的兩側。
[0007]優選地，所述二維光子晶體為正方晶格光子晶體，并且正方晶格光子晶體的介質柱半徑為0.21a，a為晶格常數，正方晶格光子晶體的介質柱為硫系玻璃基質，背景為空氣。
[0008]優選地，所述缺陷腔中的中心介質柱的半徑為0.35a，其他四個介質柱的半徑為
0.21a，所述反射腔中的中心介質柱的半徑為0.4a，其他四個介質柱的半徑為0.21a。
[0009]優選地，所述正方晶格光子晶體的晶格常數a = 620nm。
[0010]與現有技術相比，本發明的優點在于通過調節缺陷腔和反射腔的中心介質柱半徑，減少波導和微腔的散射損耗，使得該濾波器在需要波段達到最佳濾波效果，透過率高，Q值也高。
【附圖說明】
[0011]圖1為本發明實施例的帶有反射腔的光子晶體濾波器的結構示意圖。
[0012]圖2是本發明實施例的光子晶體濾波器的帶隙寬度與介質柱半徑的變化關系圖。
[0013]圖3是完美光子晶體TM模的帶隙分布圖。
[0014]圖4是采用平面波展開法仿真的具有一個波導的光子晶體波導色散圖，其中X軸代表波矢，Y軸代表歸一化頻率。
[0015]圖5a為輸入1550nm單一波長的高斯波時，無反射腔的光子晶體濾波器的穩態場強分布圖，圖5b為輸入1550nm單一波長的高斯波時，有反射腔的光子晶體濾波器的穩態場強分布圖。
[0016]圖6是采用時域有限差分法仿真的對應于圖5a、5b中的光子晶體濾波器的透過圖，其中點狀線的是無反射腔的光子晶體濾波器的透過曲線，虛線的是有反射腔的光子晶體濾波器的透過曲線。
[0017]圖7是對應圖6中含有反射腔的光子晶體濾波器的時域穩態響應圖。
【具體實施方式】
[0018]以下結合附圖實施例對本發明作進一步詳細描述。
[0019]圖1是本發明實施例的帶有反射腔的光子晶體濾波器結構，包括二維光子晶體1，優選地，為正方晶格光子晶體，該二維光子晶體I上具有水平輸入波導A，水平輸出波導B和垂直輸出波導C，該水平輸入波導A和水平輸出波導B為正方晶格光子晶體中去掉一排水平的介質柱形成水平波導進而形成，該垂直輸出波導C為正方晶格光子晶體中從水平波導的中心開始向上去掉一排垂直的水平介質柱形成。即該正方晶格光子晶體中去掉一排水平的介質柱形成水平波導，和從該水平波導中間開始向上去掉一排垂直的介質柱形成垂直波導，該去掉的一排垂直波導即為垂直輸出波導C，垂直輸出波導C與水平的波導相交位置的一側為水平輸入波導A，另一側為水平輸出波導B。該缺陷腔2位于垂直輸出波導C內與水平輸入波導A相鄰的位置，該反射腔3位于水平輸出波導B內與該垂直輸出波導C相鄰。
[0020]其中正方晶格光子晶體的晶格常數為a = 620nm，是沿X-Z平面呈正方形周期性分布的介質柱光子晶體，介質柱半徑r = 0.21a，介質柱是Ge33Sb1 Je57硫系玻璃基質，折射率為η = 2.65，在1550nm附近的三階非線性折射率系數為1.3 X 10 17m2/W，非線性吸收系數為
1.6X10 12m/W，其非線性是石英材料的590倍。背景為空氣，折射率為I。缺陷腔2位于垂直輸出波導C內臨近水平輸入波導A和垂直輸出波導C的交界處，反射腔3位于水平輸出波導B內臨近水平輸入波導A和水平輸出波導B的交界處。缺陷腔2和反射腔3均由5個排列成一行的介質柱構成，包括位于中心介質柱，其余4個為正常介質柱，分別兩兩位于中心介質柱兩側。其中缺陷腔2的中心介質柱半徑為0.35a，其余四個介質柱半徑為0.21a。反射腔3的5個介質柱中，中心介質柱半徑為0.4a，其余四個介質柱半徑為0.21a。水平輸入波導A、水平輸出波導B和垂直輸出波導C呈垂直關系，信號光從水平輸入波導A —側輸入，從垂直輸出波導B輸出。并且該缺陷腔2和反射腔3的介質柱的位置與光子晶體中的介質柱的位置相匹配，即缺陷腔、反射腔中的介質柱的中心與正方晶格光子晶體中的介質柱的中心均相應地對齊。即介質柱的中心位置不移動。
[0021]本發明的技術方案是基于二維光子晶體所具有的光子帶隙特性和光子晶體微腔的局域特性，實現光子晶體濾波器濾波的功能。上述光子晶體濾波器的基本原理在于:二維光子晶體提供一個具有較寬的光子帶隙，波長落在該光子帶隙中的光波將無法在該光子晶體中