[发明专利]基于非线性效应的光子晶体交叉波导超短单脉冲光发生器

说明书

技术领域

本发明属于光子晶体集成器件领域，涉及二维光子晶体、光子晶体线缺陷波导网络、点缺陷、非线性介质、光学“非”门、波导光程差，特别涉及一种基于非线性效应的光子晶体交叉波导超短单脉冲光发生器。

背景技术

1987年，E.Yablonavitch和S.John首先提出了光子晶体的概念，光子晶体是折射率在空间周期变化的电介质微结构，其晶格常数与工作光波的波长为同一数量级，光子晶体具有很好的光子局域性和光子带隙。

自光子晶体面世以来，对其的研究取得了很大的进展：光子晶体可以应用于制造高性能的反射镜、光子晶体光波导、发光二极管、波长滤波器、微谐振腔、光开光等各种光子晶体器件。

各种数字电子芯片都是基于电子逻辑器件，但电子逻辑器件有自身的理论局限，光学器件相对于电学器件具有：大容量、抗干扰、柔软性、无感应信号、空间传播特性。近年来，利用光子晶体材料制作光学逻辑器件的研究工作成为一个研究热点，但光学逻辑器件的运行需要脉冲信号加以控制。

传统的光学单脉冲都是通过脉冲光源获得，例如调Q和锁模激光器，通过这种方法获得光学单脉冲需要使用体积较大的装置，而且耗能大，关键是这种类型的光学单脉冲发生器不利于集成，无法应用到集成光学逻辑器件中，本发明的光学单脉冲发生器是利用光子晶体中的光路实现的，具有结构体积小、低耗能等优点，也易于实现集成。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种结构体积小、低耗能、易于集成的光学单脉冲发生器。解决本发明技术问题的技术方案是：提供一种基于非线性效应的光子晶体交叉波导超短单脉冲光发生器，包含在二维光子晶体中的一个多分支交叉波导，该交叉波导为十字交叉波导或X交叉波导；所述的十字交叉波导与信号光输入波导、参考光输入波导垂直交叉；交叉波导的两个相邻端口分别为信号光输入端和参考光输入端，所述的参考光输入端对置处为输出端，所述的信号光输入端对置处为闲置端；在所述交叉波导交叉处的波导内均设置有至少3根奇数介质杆。

所述的二维光子晶体由硅或其它高折射率介质杆在空气或其它低折射率背景介质中呈二维周期性排列构成，该光子晶体的光子禁带覆盖了工作波长的取值，优选地，低折射率介质材料取为空气，高折射率介质取为硅材料，周期结构光子晶体的晶格常数取为aμm，介质杆的半径取为0.18aμm，工作波长取为2.9762aμm。

所述信号光输入波导、参考光输入波导、输出波导和闲置端输出波导为光子晶体线缺陷波导，波导中传输的光波的波长位于波导两侧的光子晶体的光子禁带波长范围内。

所述信号光输入波导、参考光输入波导或输出波导的长度不小于3个晶格周期或晶格常数，信号光输入波导的长度大于参考光输入波导的长度。

所述信号光在输入波导中的传输光程与参考光在参考光输入波导中的传输光程的光程差约为波长的整数倍，即光程相位差约为2π的整数倍，信号光与参考光初位相相同；所述的传输光程差包含信号光与参考光的初位相差折合的等效光程差，该等效光程差约为波长的整数倍，即等效光程相位差约为2π的整数倍，信号光与参考光初位相不同。

所述的交叉波导以波导交叉点为对称中心，沿每个波导的轴线方向分布有5根介质杆，且这些介质杆的轴心位于波导的轴线上。

所述奇数介质杆数量为5根。

所述交叉波导交叉处的介质杆为非线性介质杆，优选地，所述非线性介质杆的半径取为0.25aμm，无穷大频率处的相对介电常数取为4.5，二阶非线性系数取为0，三阶非线性系数取为0.5μm²/V²，非线性介质杆左右和上下各设置4根线性介质杆，其半径分别取为0.14aμm和0.15aμm。

所述的X交叉波导与两波导成非90度的角度交叉，优选地，非90度交叉包括30度、45度、60度交叉。

所述的分支波导为直波导或弯曲波导。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

本发明提供的光学单脉冲发生器具有结构体积小、低耗能、易于实现大规模逻辑光路集成。

附图说明

基于非线性效应的光子晶体交叉波导超短单脉冲光发生器的典型结构如图1所示，它由一个“十”字形波导结构组成，端口1和端口2为输入端，端口4为输出端，端口3为闲置端。a和b分别对应的为4根线性介质杆，c对应的为非线性介质杆。