[发明专利]基于三重晶格光子晶体的三波长太赫兹波调制器及调制方法

说明书

技术领域

本发明是一种太赫兹波调制器(三重三角晶格结构光子晶体)，尤其是一种缺陷模变化型、三波长太赫兹波光子晶体太赫兹波调制器，涉及太赫兹波通信与光信息处理的技术领域。

背景技术

光子晶体作为一种新型的光学功能材料，已受到了广泛的关注。人们正试图利用光子晶体的特殊性质，开发出更多的光学元器件，其中光子晶体调制器就是研究的热点之一。而太赫兹波(100GHz—10THz)是频谱上的最后一段空白，将其应用于未来的无线通信领域，以解决高速率、超宽带无线接入问题是必然的趋势。将光子晶体调制器的调制波段迁移到THz波段，就很好地满足了现代无线移动通信的宽频带要求。

根据调制机理的不同，光子晶体太赫兹波调制器主要分为以下两类:光子带隙型和缺陷模型。其中光子带隙型太赫兹波调制器是利用光子带隙的改变来实现对太赫兹波的断、通调制；而缺陷模型太赫兹波调制器是利用光子晶体的缺陷模迁移（或变化）来实现对太赫兹波的断、通调制。并且缺陷模型太赫兹波调制器比光子带隙型太赫兹波调制器的调制性能更好。

光控三重晶格光子晶体的三波长太赫兹波调制器具有以下优势:调制器性能好，可同时实现对三波长太赫兹波的调制，调制速率高达GHz量级；调制器的插入损耗低；消光比可以达到很大。调制器的稳定性和可靠性强，泵浦光的阈值功率小。并且调制器体积很小，易于光电集成。

缺陷模变化型的光子晶体太赫兹波调制器是通过在光子晶体的点缺陷处引入光控材料砷化镓实现的。泵浦光在点缺陷处垂直于X—Z平面入射，随着控制泵浦光强的有无，非线性光学介质砷化镓的折射率将发生快速变化，光子晶体中谐振腔内三个缺陷模的频率将发生动态变化，从而控制所传播三波长太赫兹波的通、断，实现把信号加载到太赫兹波上。

发明内容

技术问题：本发明目的是提供一种基于三重晶格光子晶体的三波长太赫兹波调制器及调制方法，其采用光控的方法，具有很高的调制速率，且为缺陷模变化型，从而大大减小了调制器的插入损耗，消光比也得到了很大的改善。

技术方案：为了适应高速、超宽带太赫兹波通信系统的发展，使太赫兹波调制器能同时调制三个太赫兹波长并且具有调制速率高、低插损和高消光比的性能，我们提出了一种新型的基于三重三角晶格结构光子晶体的三波长太赫兹波调制器，使其工作在太赫兹波段，更具实际的应用价值。传统的光子晶体太赫兹波调制器通过单个点缺陷只能实现单波长太赫兹波的调制，而已研究出的基于复式晶格光子晶体的太赫兹波调制器也只能通过单个点缺陷实现双波长太赫兹波的调制，同时大部分光子晶体太赫兹波调制器采用液晶等响应时间缓慢的可调谐材料，因此调制速率都很低，仅为10KHz左右，限制了其在高速太赫兹波通信系统中的应用；且调制器都采用带隙迁移型结构，其插入损耗，消光比等性能不理想。我们采用基于三重晶格的点、线缺陷组合结构，并在中心点缺陷处填充光控砷化镓材料，得以实现缺陷模变化型、基于三重晶格光子晶体的三波长太赫兹波调制器，调制器的调制速率高达3.95GHz，消光比达34dB，插入损耗低达0.16dB，调制性能良好。

本发明的基于三重晶格光子晶体的三波长太赫兹波调制器包括三角晶格三重结构光子晶体、波导区、点缺陷谐振腔；其中，三角晶格三重结构光子晶体是沿X—Z平面周期性分布的介质柱型硅光子晶体，其构造是将圆形硅介质柱三角晶格光子晶体和正方形硅介质柱三角晶格光子晶体旋转后相互嵌套形成蜂窝型结构的光子晶体，再将三角形硅介质柱三角晶格光子晶体嵌套在蜂窝型光子晶体的中心处，从而形成方形，圆形和三角形硅介质柱构成三角晶格三重结构光子晶体；在三角晶格三重结构光子晶体的两端引入对称的线缺陷构成波导区，然后在三角晶格三重结构光子晶体的中心处采用光控可调谐材料砷化镓构造方形介质柱，形成点缺陷谐振腔，太赫兹波从波导区的左端输入，波导区的右端输出；控制光沿着垂直于X—Z平面的方向入射到方形点缺陷谐振腔上。

所述控制光由常用激光器提供或者由其倍频光提供。

信号光是三种波长的太赫兹波，太赫兹波从波导区左端输入，波导区右端输出，泵浦控制光由常用激光器提供或者由其倍频光提供，泵浦光沿着垂直于X—Z平面的方向入射到方形点缺陷谐振腔上。

本发明的基于三重晶格光子晶体的三波长太赫兹波调制器的调制方法是:所述的调制器通过控制泵浦光的有无，引起点缺陷填充的光控可调谐材料砷化镓的折射率发生非线性效应，使得在光子晶体中心点缺陷处谐振的三波长缺陷模发生动态变化，进而实现对三波长太赫兹波的通、断调制，实现了把信号加载到太赫兹波上。