[发明专利]基于二维光子晶体带隙及自准直效应的光分插滤波器

说明书

技术领域

本发明属于光分插滤波器，特别是涉及一种基于二维光子晶体的超小型光分插滤波器。

背景技术

光分插滤波器(Optical Add/Drop Filter)主要实现从光通信传输系统中下载通往本地的信号，或者上载本地用户发往其他节点用户的信号进入传输系统，而不影响其他波长信道的传输，并且保持光域的透明性，它是组成波分复用系统(WDM)中广泛使用的诸如光分插复用器、光调制器及光开关等的核心元件。随着通信容量的急剧增长以及各种新业务的出现，超小型分插滤波器和大容量的信道滤波器的开发亟待解决。由于光波导微环具有很高的品质因子(Q)和小型性等优点，近年来基于光波导微环技术的光分插滤波器屡见报道^[2～4]。然这种基于全内反射原理的光波导微环，其传输损耗会随着环半径的减小而指数上升，且非常敏感于表面粗超度及直波导(Bus)和微环间隙。无疑这种技术瓶颈阻碍了传统光波导微环的进一步超小型化的发展。另一方面，光子晶体是类似于电子的“光半导体”，是一种人工周期性材料结构，其可以很好地控制光子的行为，如抑制或增强光子的自发辐射等。此外，它们还可以将设计好的器件结构平移缩放到任何感兴趣的波段，如从可见光波段到远红外波段。因此，光子晶体是一个富有前景的制作纳米光子器件的平台。设计和研制基于光子晶体技术的光分插滤波器是未来WDM通信系统的一个重要发展方向。

在基于光子晶体的分插滤波器中，点缺陷型微腔实现光分插滤波器是目前研究最多的一种方案。与传统光波导微环相比，它们很难作为一个基本模块提供多样化的器件设计结构。最近，基于光子晶体微环的光分叉滤波器，也见报道，新的结构为正方晶格结构，它们的直径约为5个介质波长，这无疑为解决上述技术瓶颈提供了一个有效方案。然而对于空气孔型光子晶体微环，仅简单移除一排光子晶体得到的直波导一般呈现多模，特别是在环区拐弯地方，容易激发起其他模式，从而降低了滤波器的下路效率，也同时增加了器件设计及制作的复杂度。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提出一种基于二维光子晶体带隙和自准直效应的光分插滤波器，具有尺寸微小、集成度高的优点。

为实现本发明的目的而设计的光子晶体带隙和自准直效应的光分插滤波器，其特征在于光分插滤波器包括了上端直波导、下端直波导以及位于上下端直波导之间的自准直环区，耦合上下端直波导中电磁场能量的由光子晶体自准直环区进一步形成谐振腔；光子晶体自准直工作频率或波长范围，应被上端直波导工作区所覆盖。

所述的上端直波导和下端直波导由具有线缺陷的正方晶格排列的介质柱型二维光子晶体阵列组成。

所述的上端直波导和下端直波导还可以由具有线缺陷的三角晶格排列的介质柱型二维光子晶体阵列组成。

所述的上端直波导和下端直波导还可以由具有线缺陷的二维平板排列的光子晶体阵列组成。

所述的光子晶体自准直环区，是通过调整环区光子晶体半径大小，使得沿着特定方向的光在特定频率范围内可以自准直传播，并在外面光子晶体带隙的限制下，从而有效形成光子晶体自准直微环。

所述的自准直环区光子晶体半径，其大小为0.115a。

本发明结构更加紧凑、设计更加简单，适用于光通信及光传感系统。从下面结合附图的详细描述，本领域技术人员很容易了解，如果在环区引入调谐机制或者传感机制，如引入电极或者传感材料，即可实现下路波长的调谐，从而达到光开关、调制器等波分复用系统中的重要器件或者光传感器。

附图说明

图1为本发明结构框图。

图2为正方晶格光子晶体直波导Bus的色散曲线图。

图3为正方晶格光子晶体对应图2线缺陷工作区具有自准直区的等频图。

图4为正方晶格光子晶体对应图2线缺陷工作区不具备自准直区的等频图。

图5为本发明结构对应图2线缺陷工作区具有自准直效应的微环的归一化传输强度谱。

图6为本发明结构对应图二线缺陷工作区不具备自准直效应的微环的归一化传输强度谱。

图7为本发明结构传统线缺陷波导形成的微环的归一化传输强度谱。

图8为本发明结构下路信号1588nm的稳态光波传输场图。

图9为本发明结构非下路信号1600nm的稳态光波传输场图。

图10为环区波导折射率的改变引起的下路波长的漂移图。

图1中，I为上端直波导，II为下端直波导，III为自准直环区。

具体实施方式