光子晶体矩形耦合腔零色散慢光波导制造技术

本发明专利技术提供一种介质柱光子晶体零色散慢光波导，包括：一衬底；多个耦合腔，该耦合腔为矩形柱体，该耦合腔成一排直线竖立制作在衬底中间部位的上面，用于对慢光模式的调节；多个介质柱，该介质柱为圆柱体，该介质柱成多排直线竖立制作在衬底的上面，而位于耦合腔的两侧，用于对光场的侧向限制；一激发源，该激发源位于上述衬底的一侧，与成排的耦合腔相对，激励慢光模式的产生。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体光电子器件
，尤其涉及一种光子晶体零色散慢光波 导。
技术介绍
光子晶体慢光波导以其潜在带宽大、可在室温下实现和二维阵列集成等优势，在 光通信、光存储、光互联和生物传感等领域受到广泛应用，引起了人们的浓厚兴趣和密切关 注。在众多应用场合都要求光子晶体慢光波导的群速度足够小，采用单线缺陷的光子晶体 波导可以实现较大的带宽，但是对应的群速度很难减少，有如文献1 :“Mao XY, Zhang G Y， Huang YD et al. . Chin. Phys. Lett.，2008，25 (12) :4311”中的平板光子晶体单缺陷波导群 速度减少到 c/118，而文献2 :“Falco A D，0，Faolain L，and Krauss T F. Applied Physics Letters, 2008,92 :083501 ”中的光子晶体条形介质波导也只是能够把群速度降低到c/100 左右。而采用光子晶体耦合腔波导结构可以较容易的降低群速度，但是它的问题在于难以 在三维情况下保证零色散点位于光线区以下，难以实现单模慢光。为了实现光子晶体耦合腔波导零色散点处的单模慢光，基于耦合腔模式和光子晶 体单线缺陷波导模式的耦合机制。可以通过对耦合腔的尺寸的调节实现能带零色散点向光 线区下方移动，同时利用光线区域对模式的辐射作用实现光线区下方的单模慢光。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供一种光子晶体耦合腔零色散慢光波导，以 克服光子晶体耦合腔慢光波导零色散点位于光线区域的问题，并实现三维情况下的慢光单 模输出。为达到上述目的，本专利技术提供一种介质柱光子晶体零色散慢光波导，包括一衬底；多个耦合腔，该耦合腔为矩形柱体，该耦合腔成一排直线竖立制作在衬底中间部 位的上面，用于对慢光模式的调节；多个介质柱，该介质柱为圆柱体，该介质柱成多排直线竖立制作在衬底的上面，而 位于耦合腔的两侧，用于对光场的侧向限制；一激发源，该激发源位于上述衬底的一侧，与成排的耦合腔相对，激励慢光模式的产生。其中所述介质柱是呈四方晶格排列的光子晶体介质柱。其中所述四方晶格排列光子晶体介质柱，其原胞为方形介质柱型。其中所述耦合腔为矩形腔。其中所述矩形耦合腔是单列沿光子晶体单线缺陷波导方向排列。其中该激发源位于离衬底一预定距离处。其中该激发源位于离衬底预定的距离为耦合腔高度的1/2。其中所述光子晶体零色散慢光波导的光传播方向垂直于耦合腔。其中所述光子晶体零色散慢光波导的工作波长在零色散点位置。从上述技术方案可以看出，本专利技术具有以下有益效果1、本专利技术提供的这种光子晶体零色散慢光波导采用介质柱形式，可以实现三维情 况下的慢光传播，具有实际的应用价值。2、本专利技术提供的这种光子晶体零色散慢光波导，可以利用三维情况下的模式ζ向 辐射，实现单模输出，避免了一般光子晶体慢光波导利用此种能带结构，不能在零色散点处 实现单模输出的问题。3、本专利技术提供的这种光子晶体零色散慢光波导，可以有效的减少在零色散点处的 群速度。附图说明为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照 附图，对本专利技术进一步详细说明，其中图1为本专利技术提供的这种光子晶体慢光波导的结构示意图。图中ζ坐标方向代表 波导垂直方向；x、y坐标方向代表波导水平方向；光脉冲沿着χ方向传播；图2为本专利技术提供的这种光子晶体慢光波导的二维结构图；图3为本专利技术提供的介质柱半径为0. 2a。矩形耦合腔在χ方向尺度为0. 4a，y方 向尺度为1. Ia和1. 4a的情况下沿光脉冲传播方向上的能带结构；图4为本专利技术提供的介质柱半径为0. 2a。矩形耦合腔在χ方向尺度为0. 4a，y方 向尺度为1. Ia和1. 4a的情况下的群速度以及群速度色散；图中，1为衬底，2为耦合腔，3为介质柱，4为激发源。具体实施例方式如图1所示，图1为本专利技术提供的这种光子晶体零色散慢光波导三维结构图，该光 子晶体零色散慢光波导由衬底1、耦合腔2、介质柱3构成，激发源4位于衬底上方h处。其中一衬底 1 ；多个耦合腔2，该耦合腔2为矩形柱体，该耦合腔2成一排直线竖立制作在衬底1 中间部位的上面，其中所述耦合腔2为矩形腔；矩形耦合腔2是单列沿光子晶体单线缺陷波 导方向排列，对于普通的光子晶体单线缺陷波导，禁带内的模式是单调的，而由于矩形耦合 腔的存在，可以有效的调节光子晶体单线缺陷波导内的模式，获得特性较好的慢光；多个介质柱3，该介质柱3为圆柱体，该介质柱3成多排直线竖立制作在衬底1的 上面，而位于耦合腔2的两侧；其中所述介质柱3是呈四方晶格排列的光子晶体介质柱；四 方晶格排列光子晶体介质柱，其原胞为方形介质柱型，由于介质柱在两侧周期性的排列，可 以对一对频率内的光波实现侧向的限制；一激发源4，该激发源4位于上述衬底1的一侧，与成排的耦合腔2相对；该激发 源4位于离衬底1 一预定距离处；该激发源4位于离衬底1预定的距离为耦合腔2高度的 1/2，用于激励慢光的产生。其中光子晶体零色散慢光波导的光传播方向垂直于耦合腔2，该光子晶体零色散 慢光波导的工作波长在零色散点位置。所述介质柱3中的介质柱是四方晶格排列的光子晶体介质柱。所述四方晶格排列光子晶体介质柱，其原胞是四方介质柱型。所述耦合腔2采用矩形耦合腔。所述光子晶体零色散慢光波导的矩形耦合腔2是单列沿光子晶体单缺陷波导方 向排列。所述光子晶体零色散慢光波导的衬底1只在介质柱的一个方向上存在。所述光子晶体零色散慢光波导的激发源4位于离衬底一定距离h处。所述光子晶体零色散慢光波导的光传播方向垂直于介质柱方向。该设计中的光子晶体零色散慢光波导的工作波长在零色散点位置。如图2所示，图2为本专利技术提供的这种光子晶体零色散慢光波导垂直于ζ轴的俯 视图。图中2为矩形耦合腔，3为光子晶体介质柱，4为激发源。其中，矩形耦合腔2在χ和 y方向上长度分别为w和1。光子晶体介质柱3半径为r。基于图1和图2所述的这种光子晶体零色散慢光波导，以下结合具体的实施例对 本专利技术提供的这种光子晶体零色散慢光波导的慢光特性作进一步详细说明。本实施例中这种光子晶体零色散慢光波导设计的工作波长在零色散点处。本实例 所采用的衬底1为Si，矩形耦合腔2采用Si，介质柱3也采用Si，介质柱3半径r = 0. 2a, 矩形耦合腔2的χ方向宽度w = 0. 4a, y方向的高度1 = 1. Ia和1. 4a，矩形耦合腔2在χ 方向上的周期与光子晶体的周期相同。由于矩形耦合腔2可以在χ和y两个方向上对光场 进行限制，因此可以更有效的降低群速度，同时，由于参数较多，对能带的调节也就相对更 广。本实施例的模拟结果如图3和图4所示。图3是依照本专利技术的实例提供的这种 光子晶体慢光波导的能带结构图，计算方法采用平面波展开法。图4是对应能带结构的群 速度和群速度色散曲线。能带对应于图3中的平带。对于相同的光子晶体周期结构，增大 矩形耦合腔2的面积将降低能带，由于耦合机制，能带之间会相互交叉耦合形成反交叉点， 通过参数的调节，可以控制反交叉点的位置，对应的能带模式的慢光特性也发生改变，当矩 形耦合腔2在χ和y方向上的尺寸为0. 5a, 1. Oa时存在反交叉点，但是该点位于光线的上 方，通过矩形耦合腔2的几本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种介质柱光子晶体零色散慢光波导，包括：一衬底；多个耦合腔，该耦合腔为矩形柱体，该耦合腔成一排直线竖立制作在衬底中间部位的上面，用于对慢光模式的调节；多个介质柱，该介质柱为圆柱体，该介质柱成多排直线竖立制作在衬底的上面，而位于耦合腔的两侧，用于对光场的侧向限制；一激发源，该激发源位于上述衬底的一侧，与成排的耦合腔相对，激励慢光模式的产生。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：曲连杰，杨跃德，黄永箴，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]