[发明专利]一种动态控制的光子晶体慢光的实现方法

说明书

本发明公开一种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；b，慢光波导装置在高群折射率、低色散的条件下，具有平坦带宽的慢光效应，并且具有该特性的慢光群速度根据外加电压控制在大范围内变化，得到平坦带宽的慢光效应；c，获得宽带低色散的慢光效应需n_g在|Δn_g|≤10％的范围内保持稳定；d，慢光的低色散特性以及带宽和群折射率之间的关系；e，电光效应的有机聚合物的折射率变化主要受Pockels效应的影响，折射率的变化量依赖于材料的二阶磁化率；f，光场局域作用下，有机聚合物的有效二阶极化率得到有效提高。该种发明解决了在慢光波导制备完成之后所支持的最优宽带慢光群折射率位置和群速度无法动态变化的问题。

技术领域

本发明涉及光学技术领域，具体为一种动态控制的光子晶体慢光的实现方法。

背景技术

慢光效应是指电磁波传输具有比真空中光速3×10⁸m/s低很多的群速度，它可以广泛应用于光学延迟线、全光缓存器，光调制器、光开关、以及加强光与物质相互作用等领域。光子晶体的慢光结构，由于其结构微小紧凑、便于集成，便于与光纤系统耦合匹配，传输损耗小，以及室温运行，可以通过结构和材料进行灵活设计控制慢光效果等特性，光子晶体慢光在全光通信系统和全光信息处理的应用中具有无可比拟的优势；目前，常用的光子晶体线缺陷波导(Photonic Crystal Waveguide,PCW)慢光面临两个亟待解决的问题：第一，较大的群速度色散和小的慢光带宽，群速度色散会引起信号波形失真，影响信息传输的质量；而太小的慢光带宽会限制传输容量。第二，慢光的动态控制，在实际应用中，光缓存的写入与读出，缓存时间的控制，光开关和光调制器的状态控制，都需要慢光的动态控制来实现，然而，国内外对光子晶体慢光动态控制的研究较少。

目前，国内外的研究者提出了一些获得带宽较宽、低色散慢光的方法，通过结构设计，如调整线缺陷的宽度或在线缺陷附近添加平行缝隙，调整波导附近两侧散射元的形状、大小、位置，引入啁啾波导或异质结构，将靠近线缺陷的两排空气孔沿波导方向平移、并改变其间距的大小；但是，上述方法主要集中在波导附近局部结构的细微调整和设计，这造成了制备的极大困难并且很容易造成制备误差；另外，一旦波导结构设计制备完成，传输特性便固定不可变，即仅在特定群折射率位置的慢光宽带、低色散特性能够保证，在其他群折射率位置，带宽和色散特性急剧劣化。获得宽带低色散慢光，还可以通过材料设计实现，这种方法是在线缺陷波导制作完成之后，在光子晶体的空气孔中渗透微光流体、液晶或者填充柔性材料，如有机聚合物等。在光子晶体制备完成后填充后期材料可以改变波导的有效折射率分布，调整波导的慢光传输特性。但是，以往的材料填充研究，没有涉及结构变化对填充效果的影响，对于确定波导结构中，填充材料确定材料，实现特定频率和群速度的宽带低色散慢光传输，改变填充材料时，宽带慢光的带宽、色散特性也随之劣化。

目前，将结构调整和材料填充两种方法有机地结合在一起，系统研究两个因素共同对慢光特性研究尚未发现，慢光群折射率连续变化的动态控制也未发现。

发明内容

本发明旨在解决现有基于光子晶体的慢光结构中慢光带宽太窄，群速度色散太大，在慢光波导制备完成之后所支持的最优宽带慢光群折射率位置和群速度无法动态变化的问题。

为解决上述问题，本发明提供如下技术方案：一种动态控制的光子晶体慢光的实现方法，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，基于基本的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聚苯乙烯的折射率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；