[发明专利]一种动态控制的光子晶体慢光的实现方法

权利要求书

1.一种动态控制的光子晶体慢光的实现方法，其特征在于：所述的动态控制的光子晶体慢光的实现方法具体步骤如下：

a,初始定性参数，在相同频段，光子晶体慢光波导结构，通过外加电压，控制第二排孔内电光有机聚合物的折射率n₂的变化，获得群折射率和运行波长连续变化的平坦宽带慢光分布，同时保持宽带、低色散特性；选择圆形空气孔三角晶格排列结构不同的晶格常数a，获得不同频段的宽带低色散慢光传输，根据实际所需的慢光波长，晶格常数a＝F×λ，其中，F为平坦宽带慢光的归一化频率，λ为平坦慢光的波长；

b,所述光子晶体慢光波导结构在高群折射率、低色散的条件下，具有平坦带宽的慢光效应，群折射率n_g和色散的关系由公式(1)表示：

c，所谓宽带低色散的慢光效应是指群折射率n_g在|Δn_g|≤10％的变化范围内保持稳定，对应的色散曲线F(K)保持线性变化，群折射率n_g为常数，得到宽带慢光效应，评价慢光的群速度色散特性，用二阶色散系数来表示，是波数对频率的二阶导数，由公式(2)表示：

d，慢光的低色散特性以及带宽和群折射率之间的关系，用公式(3)定义一个综合参数归一化的延迟带宽积NDBP，其中，是平坦区|Δn_g|≤10％的平均群折射率，Δω/ω₀是平坦区的归一化带宽，NDBP用于综合评价慢光系统的延迟存储能力，公式(3)为：

e，具有电光效应的有机聚合物的折射率变化受Pockels效应的影响，折射率的变化量依赖于材料的电光系数γ₃₃,而电光系数决定于二阶磁化率，可以表达为(4)式：

f,光场局域下具有电光效应的有机聚合物的有效二阶极化率可由(5)式表示：

式中，为光子晶体波导中慢光作用下的有效二阶极化率，为材料的二阶极化率，f为由于慢光传输形成的局域因子，表示为f＝(vgb/vgPC)1/2，其中，vgb是光在基底材料中的传播速度，而vgPC是光子晶体慢光波导中传播速度，因此，考虑到局域因子的作用，有效电光系数就变为f³×γ₃₃，这样具有电光效应的有机聚合物折射率随外加电压的变化量就应该修正为：

其中γ₃₃是具有电光效应的有机聚合物的电光系数，与材料的二阶极化率χ2相关，n_poly是填充具有电光效应的有机聚合物的折射率，U是外加的调制电压，d是正负电极之间的距离；

步骤a中，所述光子晶体慢光波导结构包括：二维硅片(1)、圆形散射元空气孔(2)、线缺陷(3)、硅片短边(4)、硅片长边(5)、硅片厚度(6)、在线缺陷(3)的两侧填充有固定折射率的有机聚合物的第一排孔(7)、在线缺陷(3)的两侧填充有电光效应的有机聚合物的第二排孔(8)、波导板两侧的电极(9)；

步骤b中，在方形结构的二维硅片(1)的表面上沿硅片长边(5)的方向顺序排列刻蚀以二维硅片(1)中心线为对称轴的十排三角晶格结构排列的圆形散射元空气孔(2)，在二维硅片(1)的对称轴上本该存在的一排圆形空气孔不予刻蚀，而构成线缺陷(3)，每排圆形空气孔在沿硅基片长边方向等间隔刻蚀十七个孔，孔间距为三角晶格常数a，圆孔半径r＝0.328a，构成圆形空气孔三角晶格结构(10)；

步骤b中定义c为光速，v_g是群速度，k是沿波导方向的波数，ω是入射波或入射脉冲的中心角频率，对应的归一化频率表示为F＝ωa/2πc，归一化波数表示为K＝ka/2π，a为晶格常数。

2.根据权利要求1所述的一种动态控制的光子晶体慢光的实现方法，其特征在于：所述步骤e中式(4)折射率变化来自于填充材料的非线性特性，在光子晶体线缺陷中，导模的慢光传输导致光场局域，引起二阶极化率增强，从而加强材料的非线性效应，增强材料折射率的变化强度和范围，增大慢光动态控制的灵敏度和群速度与运行频率/波长的动态范围。

3.根据权利要求1所述的一种动态控制的光子晶体慢光的实现方法，其特征在于：在线缺陷两侧第一排空气孔填充折射率n1＝1.74的固定折射率的有机聚合物；在线缺陷两侧第二排空气孔填充具有电光效应的聚苯乙烯。