[发明专利]一种可在1550nm波长附近工作的光子晶体微腔

说明书

本发明公开了一种可在1550nm波长附近工作的光子晶体微腔，涉及光信息处理技术领域，由多个A型微腔单元、多个B型微腔单元、多个C型微腔单元密铺而成，整体成二维矩形阵列布置，多个所述C型微腔单元构成三角区域，所述A型微腔单元位于所述三角区域的外侧，所述B型微腔单元位于所述三角区域的内侧，并由铌酸锂薄膜刻蚀正三棱台空气孔而成。本发明提供的可在1550nm波长附近工作的光子晶体微腔可在通讯波段工作，在1550nm波长附近的第三谐振模的谐振波长不随特定外加缺陷的加入而发生偏移，不会有新的谐振模产生，具有高稳定性，可应用于二次谐波、三次谐波产生及和频差频等其它非线性过程。

技术领域

本发明涉及光信息处理技术领域，尤其涉及一种可在1550nm波长附近工作的光子晶体微腔。

背景技术

光学微腔是一种能够将光限制在一定区域中的光学谐振腔。光子晶体微腔是由光子晶体结构构成的光学微腔，光子晶体微腔能够提供较强的光-物质相互作用，故常常被用于产生二次谐波。如何在光子晶体微腔中实现亚微米波段附近的高效二次谐波信号是研究者关注的重要方向。以往工作中，研究者提出了诸多方案以提高光子晶体微腔中的二次谐波转换效率，除了转换效率之外，稳定性亦是影响二次谐波产生质量的重要性能参数。以往研究表明，光子晶体微腔中的制备缺陷会对二次谐波的谐振模的谐振波长、品质因子及二次谐波转换效率产生严重影响。

经对现有技术的检索发现，研究人员采用了旋磁材料构成的光子晶体波导产生二次谐波。该结构中由于外加了磁场，旋磁材料的磁导率变为各向异性，时间反演对称性被打破，实现了光量子霍尔效应，导致基波信号及二次谐波信号皆受拓扑保护，进而能够绕过金属障碍向前单向传输。但旋磁材料的磁光效应仅在微波波段有效，故该效应难以推广至通讯波段。

经检索还发现，研究人员采用电介质柱构成的光子晶体波导来生成高稳定性的二次谐波，该结构中因电介质柱单元的C₃对称性的形成，实现了光量子能谷霍尔效应，导致基波信号及二次谐波信号皆能通过锐利的转角波导而不发生谷间散射。但该结构使用的光子晶体需要做到极厚，故在微波波段容易加工和制备，但同样难以推广至通讯波段。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种能够在通讯波段工作、能够产生高稳定性二次谐波且容易加工制备的光学器件，以克服现有技术的上述缺陷。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是发明一种能在通讯波段工作的光子晶体微腔，该光子晶体微腔产生的二次谐波的谐振模的谐振波长在特定外加缺陷的情况下基本不发生偏移，具有良好的稳定性。

为实现上述目的，本发明提供了一种可在1550nm波长附近工作的光子晶体微腔，由多个A型微腔单元、多个B型微腔单元、多个C型微腔单元密铺而成，整体成二维矩形阵列布置，其中，多个所述C型微腔单元构成三角区域，所述三角区域为大等边三角形与小等边三角形之间的区域，所述大等边三角形与所述小等边三角形的三个边分别平行且距离相等，所述A型微腔单元位于所述三角区域的外侧，所述B型微腔单元位于所述三角区域的内侧，所述A型微腔单元由一个a型正三棱台空气孔与一个a型铌酸锂薄膜片构成，所述B型微腔单元由一个b型正三棱台空气孔与一个b型铌酸锂薄膜片构成，所述C型微腔单元由一个c1型正三棱台空气孔、一个c2型正三棱台空气孔与一个c型铌酸锂薄膜片构成，其中所述a型正三棱台空气孔、所述c2型正三棱台空气孔是倒置的，所述b型正三棱台空气孔、所述c1型正三棱台空气孔是正置的，所述a型铌酸锂薄膜片、所述b型铌酸锂薄膜片、所述c型铌酸锂薄膜片是由铌酸锂薄膜制成，所述a型铌酸锂薄膜片、所述b型铌酸锂薄膜片、所述c型铌酸锂薄膜片的横截面外形为菱形，所述菱形的集合构成2个正三棱柱的组合体，所述可在1550nm波长附近工作的光子晶体微腔可以有特定外加缺陷。

进一步地，相邻所述A型微腔单元、所述B型微腔单元、所述C型微腔单元的中心距离等于所述菱形的边长，即一个晶格常数，所述二维矩形阵列有X列、Y行，X≥16，Y≥28。