二维异质结光子晶体可调谐滤波器制造技术

本发明专利技术公开了一种使用于光子集成芯片的二维异质结光子晶体可调谐滤波器，该滤波器包括一二维异质结光子晶体弯曲波导和两个异质结光子晶体微腔。在异质结光子晶体弯曲波导中引入不同晶格常数的微腔，实现不同波长的滤波。通过改变点缺陷周围介质材料（液晶）的折射率或相关介质柱半径，获得一定波长调谐范围的滤波波长。本发明专利技术的不同波长滤波和滤波波长可调谐两个功能，满足了密集波分复用（ＤＷＤＭ）技术迅速发展的需求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种光子晶体可调谐滤波器，特别是涉及一种使用于 光子集成芯片的二维异质结光子晶体可调谐滤波器。应该理解，在本 说明书中，"光" 一词的意义还包括相对于可见光有较长或较短波长 的电f兹波。
技术介绍
WDM光通信系统的高速发展促进了市场对各种光器件的需求，把 不同功能的光子器件通过内部光波导互联，制成一个光子集成芯片 (PICs Photonic integrated circuits )。 PICs包4舌;敫光器与光子 接收器、放大器、调制器和光开关等。PICs具有密集、稳定和适合 大规模生产等优点，可以极大地满足了市场需求。光子晶体从1998年到现在取得了巨大的发展，越来越多的科学 家和企业家开始关注光子晶体的发展。光子晶体是由不同介质按周期 或准晶体结构排列形成的材料。二维光子晶体由于相对容易制造，而 且其二维结构能够充分表现光子晶体的特性，在研究中受到关注。光 子晶体的一个重要特性是存在光子禁带。在光子晶体中引入缺陷后， 由于缺陷模的出现，就可以对光子晶体进行控制，如引入点缺陷，可 以实现谐振微腔，而引入线缺陷，就可以实现光子晶体波导。光子晶 体可以控制光路的特性，使得它正在成为制作PICs的首选。光子晶体实现了在波长量级上控制光路的要求，使得人们可以制造出高度集 成、小型化的设备和元件。波分复用里面的关键器件滤波器的作用是非常重要的，然而经典滤波器(比如A/D滤波器、通道选择滤波器、复用滤波器、解复用滤 波器等)的尺寸变化范围从几个毫米到几个厘米，要实现密集的、集 成的波分复用系统就有点勉为其难了。光子晶体的出现，为这种极密 集、高Q的光子器件的实现提供了一种新的解决途径。发展至今，已 经实现种类繁多，门类齐全的各种光子晶体滤波器。目前设计的光子晶体滤波器多为固定式，其滤波的频段和带宽都 是恒定的，并且多为同质结光子晶体的构架。向列相液晶具有较大的 介电各向异性和折射率，且对外界参量(如温度、电场、压力)的变 化很敏感，它是制作可调谐滤波器的理想材料，为实现可调变滤波波 长和多波长滤波功能提供了可能性。如文献1: Bong-Shik Song,TakashiAsano，etal. Role of interfaces in heterophotonic crystals for manipulation of photons. Phys.Rev.B, 2005， 71: 195101.中公开了二维异质结光子晶体中微腔的特性；文献2: David M，Pustai, Dennis W. Techniques for tuning two-dimensional photonic crystal devices. Proc. SPIE, 2003， 5213: 49-62.中公开 了在二维同质结光子晶体的空气柱中填入液晶，实现了液晶光子晶体 滤波器，但他们的结果都未能实现透射峰的调制；文献3: R. Ozaki， T. Matsui， et al. Electeically Color-Tunable Defect Mode Lasing in One-Dimensional Photonic-Band-Gap System Containing Liquid Crystal .Applied Physics Letters, 2003, 82 (21): 3593-3595. 中公开了在一维光子晶体中应用向列相液晶作为缺陷层，通过外加电 场改变液晶分子的取向，导致其折射率的改变，实现对一维光子晶体滤波的调谐作用。 专利技术的内容本专利技术的目的在于提供一种二维异质结光子晶体可调谐滤波器， 该滤波器在异质结光子晶体弯曲波导中引入不同晶格常数的微腔，实 现波长滤波的可调谐，通过改变点缺陷周围介质材料(液晶)的折射 率或相关介质柱半径，获得一定波长调谐范围的滤波波长。为了达到上述目的。本专利技术采取的技术方案如下 一种二维异质结光子晶体可调谐滤波器，包括 一二维异质结光子晶体弯曲波导，两个异质结光子晶体微腔，二维异质结光子晶体中包含线缺陷 (波导)和两个近邻点缺陷(微腔)，就形成了二维异质结光子晶体 滤波器，改变异质结光子晶体微腔的结构参数，满足滤波波长可调谐 的需求。在上述技术方案中，二维异质结光子晶体由三个不同晶格常数的 光子晶体构成，其晶格常数为 a ( a丄、a2、 ),介质柱半径为r (n、 r2、 r3),介质柱的相对介电常数为第一介电常数，基质的为第二介 电常数，所述的第一介电常数大于所述第二介电常数，所述第二介电 常数的材料如空气等。所述二维异质结光子晶体由三个不同晶格常数的光子晶体构成，第三结构光子晶体的晶格常数比第二结构光子晶体大2,3%，第二结 构光子晶体的晶^:各常数比第一结构光子晶体大2.3%;所述的第一、第二、第三结构的光子晶体有相同介质电常数的介质柱和基质组成。 所述两个异质结光子晶体微腔是正方晶格空位型点缺陷。所述两个异质结光子晶体微腔分别含有3个介质阵点。所述两个异质结光子晶体微腔在振荡频率上彼此不同。在所述两个异质结光子晶体微腔中振荡的光波长可以通过改变 点缺陷周围介质材料(液晶)的折射率或相关介质柱半径进行调谐。在上述技术方案中，完整的二维异质结光子晶体去掉一排L型介 质柱，即引入线缺陷，形成了二维L型线缺陷异质结光子晶体波导， 波导的周期与第 一和第二光子晶体结构的周期相同。在上述技术方案中，两个异质结光子晶体微腔(近邻点缺陷)是 在异质结光子晶体的直角两边，分别拿掉三个介质柱形成的，这两个 近邻点缺陷是晶格常数不同的微腔。在上述技术方案中，两个异质结光子晶体微腔(近邻点缺陷)是 正方晶格空位型点缺陷。在上述技术方案中，所述的半导体材料为GaN/ALGaN材料、 CaAs/ALCaAs材并+或InP/InCaAsP材津牛。在上述技术方案中，是TE模局域脉冲源入射到光子晶体波导的 入射端口 。本专利技术的可调谐滤波特性是通过时域有限差分法(FDTD)进行分 析，在共振频率处,微腔和附近的波导耦合最强，波导中频率在微腔共 振频率附近的光波的能量能被"下载"到各自的微腔里面；"下载" 的频率依赖于异质结光子晶体弯曲波导和微腔的参数，从而能够实现 调变"下载"频率，通过改变点缺陷周围介质材料(液晶)的折射率 或相关介质柱半径的方式，分别获得一定调谐范围的滤波波长。 与现有技术相比，本专利技术的优点在于1)不同波长滤波本专利技术的异质结光子晶体中弯曲波导近邻 的不同结构的微腔，能够"下载"不同频率成份的波，"下载"的频率依赖于异质结光子晶体弯曲波导和微腔的参数，实现不同 波长滤波。2)滤波可调谐本专利技术的异质结光子晶体滤波器通过改变点 缺陷周围介质材料的折射率或相关介质柱半径的方式获得可调变 滤波波长，满足密集波分复用(DWDM)技术迅速发展的需求。下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细描述附图说明图1A表示包含线缺陷的二维方型异质结光子晶体俯视图(26 x 21周期)；图lB表示0ut处的透射谱；图2A表示包含线缺陷点缺陷的二维方型异质结光子晶体俯视图2B表示在共振频率处的电磁场瞬时分布图2C表示图2A中Out处透射谱； 图2D表示图2A中点缺陷1和点缺本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种二维异质结光子晶体可调谐滤波器，其特征在于：包括一个二维异质结光子晶体弯曲波导和两个异质结光子晶体微腔，两个异质结光子晶体微腔位于弯曲波导两侧；所述的波导和微腔之间产生电磁相互作用。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：刘璟，陈朝阳，杨光松，马中华，郑志强，
申请(专利权)人：集美大学，
类型：发明
国别省市：92[中国|厦门]