專利名稱：二維光子晶體可調(diào)諧光功率分配器及工作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光功率分配裝置，特別涉及一種基于填充液晶的二維光子晶體可調(diào)諧光功率分配器。
背景技術(shù)：
光子晶體是由E. Yablonovich和S. John等人在1987年提出來的新概念材料。光子晶體為不同介電常數(shù)(或折射率)周期性排列的有序結(jié)構(gòu)。其最根本的特征是有光子禁帶，頻率處于禁帶內(nèi)的光子將無法傳播，就像電子在半導體禁帶中受到束縛一樣。由于具有此特殊性質(zhì)，光子晶體已經(jīng)獲得了學術(shù)界廣泛的關(guān)注，針對該材料的研究也在不斷的深入之中。
光功率分配器在通信領(lǐng)域有很廣泛的應(yīng)用與研究。光纖城域網(wǎng)、光纖到戶(FTTH)及光纖CATV的逐步普及應(yīng)用，使得光功率分配器的市場需求越來越大。隨著電信業(yè)務(wù)的發(fā)展，需要采用分光比可調(diào)的光功率分配器的場合越來越多，對可調(diào)范圍也要求越來越大，可調(diào)光功率器在FTTH中具有獨特的優(yōu)勢，可調(diào)光功率分配器對多變的FTTH市場，具有很強的針對性。它可以通過改變自身的功率分配因素，動態(tài)地為各用戶端設(shè)備分配光功率。這樣可以更好地提高網(wǎng)絡(luò)配置的靈活性，充分利用光功率資源，提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性，降低投資風險?，F(xiàn)階段的光子晶體器件絕大多數(shù)是不可調(diào)的，即制作完成后便無法對其各項參數(shù)進行修改，可通信業(yè)的發(fā)展要求光子晶體應(yīng)該具有可調(diào)性，因此人們提出了不少實現(xiàn)的方法，可行性較高的一種是在光子晶體內(nèi)填充液晶。液晶實現(xiàn)可調(diào)性的主要原因是液晶分子指向矢的方向受外界條件，如溫度、電場、磁場等的變化而變化，從而改變整個材料的折射率。因此當光子晶體中填入液晶后，一旦液晶的介電常數(shù)發(fā)生改變，整個液晶光子晶體的能帶結(jié)構(gòu)就會變化，帶隙的位置就會產(chǎn)生位移，其可通過的光頻率范圍也就發(fā)生了變化。利用液晶折射率的可調(diào)諧性可制成可調(diào)諧光開關(guān)、濾波器、光功率分配器、光衰減器和場敏偏光片等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是針對現(xiàn)在光功率分配器只能提供固定分光比的問題，提出了一種二維光子晶體可調(diào)諧光功率分配器及工作方法，具有可調(diào)諧功能，只通過改變光子晶體兩端的電壓就可以控制出射光功率的分配。當光子晶體兩端電壓發(fā)生變化時，液晶的折射率會發(fā)生變化，點缺陷的耦合效果會發(fā)生很大的變化，兩輸出端的光功率也會發(fā)生很大的變化，從而實現(xiàn)了通過電壓來控制光功率分配的目的。本發(fā)明的技術(shù)方案為一種二維光子晶體可調(diào)諧光功率分配器，包括二維光子晶體、點缺陷、線缺陷波導、兩個光功率探測器和兩塊導電模板，所述線缺陷波導是在完整的矩形晶格二維光子晶體中去除一排硅柱形成的，所述點缺陷為去除二維光子晶體中的一個硅柱半徑點形成的，入射光從線缺陷波導一端入射后，一部分光直接從線缺陷波導另一端輸出，另一部分入射光通過點缺陷耦合到第二線缺陷波導中，所述兩個光功率探測器作為光接收單元位于兩線缺陷波導通道的輸出端口，二維光子晶體上下端各有一塊導電模板，導電模板與二維光子晶體內(nèi)硅柱垂直。
所述二維光子晶體為圓形硅介質(zhì)柱按照矩形晶格排列結(jié)構(gòu)，硅柱與硅柱之間填充的是5CB液晶。所述兩個光功率探測器為相同的半導體光功率探頭。一種二維光子晶體可調(diào)諧光功率分配器工作方法，包括二維光子晶體可調(diào)諧光功率分配器，包括如下具體步驟
1)、輸入光選定的探測波長為1.56μηι;
2)、分光過程
第一步將選定波長的輸入光從線缺陷波導一端入射后，當光傳輸?shù)近c缺陷附近時，有一部分光通過點缺陷耦合到第二線缺陷波導中，兩個相同的光功率探測器分別接收兩線缺陷波導光能量；
第二步改變二維光子晶體兩端導電模板間的電壓；
第三步兩個光功率探測器測定出輸出光功率；
3)、公式計算分光比兩線缺陷波導的分光比為V = 6.06Sx: - 2S,2Sx+ 28.31, y為線缺陷波導通道光功率的比值，x為二維光子晶體兩端導電模板間的電壓，當光子晶體兩端導電模板的電壓已知，總的輸入光功率已知，得出兩線缺陷波導通道的光功率比值，從而得出兩通道具體的光功率大小。本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明二維光子晶體可調(diào)諧光功率分配器及工作方法，整個光功率分配器結(jié)構(gòu)非常簡單，體積小巧，性能穩(wěn)定可靠，只需要通過改變光子晶體兩端導電模板間的電壓就可以調(diào)節(jié)兩個輸出端的光功率比值，從而實現(xiàn)光功率的可調(diào)諧功能。


圖I為本發(fā)明二維光子晶體可調(diào)諧光功率分配器的結(jié)構(gòu)示意 圖2為本發(fā)明二維光子晶體可調(diào)諧光功率分配器的側(cè)面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式一種基于填充液晶的二維光子晶體可調(diào)諧光功率分配器，主要包括光傳輸單元和光接收單元兩個部分。其構(gòu)成為傳輸單元為光子晶體中線缺陷波導。光子晶體為圓形娃介質(zhì)柱按照矩形晶格排列結(jié)構(gòu)，娃柱與娃柱之間填充5CB液晶，改變光子晶體中的一個硅柱半徑大小，從而引入點缺陷，并且移除光子晶體中兩條硅柱來實現(xiàn)兩條線缺陷波導；接收單元為設(shè)置在光子晶體線缺陷波導同一端的一對相同的半導體光功率探頭，整個結(jié)構(gòu)參數(shù)選取如下光子晶體晶格常數(shù)a=0. 3975 μ m,硅柱半徑r=0. 117 μ m，分配器裝置長度為1=20 μ m,寬度為20 μ m,入射波長λ =1. 56 μ m。所述線缺陷波導是在完整的矩形晶格光子晶體中去除一排硅柱形成的，所述點缺陷為改變光子晶體中的一個硅柱半徑r的點，入射光從第一線缺陷波導入射后，部分入射光會通過點缺陷耦合到第二線缺陷波導中，所述光功率探測器作為光接收單元位于兩線缺陷波導通道的端口。如圖1、2所示二維光子晶體可調(diào)諧光功率分配器的結(jié)構(gòu)和側(cè)面示意圖，光子晶體中線缺陷波導I是在完整的矩形晶格光子晶體中去除一排硅柱10得到，線缺陷波導2是在完整的矩形晶格光子晶體中去除點缺陷8右端一排硅柱得到的，輸入光波導從線缺陷波導I中輸入，遇到點缺陷后會發(fā)生耦合，一部分光會耦合到線缺陷波導2中，功率探頭3和功率探頭4分別位于線缺陷波導I和線缺陷波導2輸出光端口，為相同的半導體光功率探頭，用于測定線缺陷波導1、2的輸出光功率。5為輸入光，6、7為經(jīng)過波導耦合后分別從波導1、2中輸出的光，分配器上下兩層為導電模板9,每兩個娃柱10之間填充有5CB液晶介質(zhì)11,12為去除娃柱后的空氣?；谔畛湟壕У亩S光子晶體可調(diào)諧光功率分配器的工作方法步驟
I、輸入光本功率分配器選定的探測波長為I. 56 μ m。2、分光過程在使用光功率分配器時，第一步從線缺陷波導I下端，輸入入射光5，由于光子晶體的相鄰缺陷模之間存在的模耦合效應(yīng)，當光傳輸?shù)近c缺陷附近時，有一部分光會耦合到線缺陷波導2中，第二步改變光子晶體兩端導電模板9之間的電壓，耦合效應(yīng)也會不同，貝1J最后波導1、2的輸出端的輸出光能量分布也會產(chǎn)生變化。第三步輸入光由 兩線波導傳輸?shù)桨雽w光功率探頭3、4測定出輸出功率，通過計算這兩個功率的比值，從而可以得到這個光功率分配器的分光比，知道這個器件的性能。3、公式計算當光子晶體兩端電壓發(fā)生變化時，此光功率分配器兩輸出端的分光比將會發(fā)生大范圍的變化。根據(jù)測光功率探頭得到的光功率數(shù)據(jù)顯示隨著電壓的不斷增大，兩線缺陷波導輸出功率比會單調(diào)變化。兩通道的分光比為y = 6.06Sx2- 2S.2Sx+ 23,31,y為兩通道光功率的比值，X為整個光子晶體兩端的電壓，當知道光子晶體的兩端的電壓時，就能夠得出兩通道的光功率比值，從而得出兩通道具體的光功率大小。
權(quán)利要求
1.一種二維光子晶體可調(diào)諧光功率分配器，其特征在于，包括二維光子晶體、點缺陷、線缺陷波導、兩個光功率探測器和兩塊導電模板，所述線缺陷波導是在完整的矩形晶格二維光子晶體中去除一排硅柱形成的，所述點缺陷為去除二維光子晶體中的一個硅柱半徑點形成的，入射光從線缺陷波導一端入射后，一部分光直接從線缺陷波導另一端輸出，另一部分入射光通過點缺陷耦合到第二線缺陷波導中，所述兩個光功率探測器作為光接收單元位于兩線缺陷波導通道的輸出端口，二維光子晶體上下端各有一塊導電模板，導電模板與二維光子晶體內(nèi)硅柱垂直。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述二維光子晶體可調(diào)諧光功率分配器，其特征在于，所述二維光子晶體為圓形硅介質(zhì)柱按照矩形晶格排列結(jié)構(gòu)，硅柱與硅柱之間填充的是5CB液晶。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述二維光子晶體可調(diào)諧光功率分配器，其特征在于，所述兩個光功率探測器為相同的半導體光功率探頭。
4.一種二維光子晶體可調(diào)諧光功率分配器工作方法，包括二維光子晶體可調(diào)諧光功率分配器，其特征在于，包括如下具體步驟 1)、輸入光選定的探測波長為I.56 μ m ; 2)、分光過程 第一步將選定波長的輸入光從線缺陷波導一端入射后，當光傳輸?shù)近c缺陷附近時，有一部分光通過點缺陷耦合到第二線缺陷波導中，兩個相同的光功率探測器分別接收兩線缺陷波導光能量； 第二步改變二維光子晶體兩端導電模板間的電壓； 第三步兩個光功率探測器測定出輸出光功率； 3)、公式計算分光比兩線缺陷波導的分光比為V = 6.06Sx: - 2S,2Sx+ 28.31, y為線缺陷波導通道光功率的比值，x為二維光子晶體兩端導電模板間的電壓，當光子晶體兩端導電模板的電壓已知，總的輸入光功率已知，得出兩線缺陷波導通道的光功率比值，從而得出兩通道具體的光功率大小。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種二維光子晶體可調(diào)諧光功率分配器及工作方法，在二維矩形陣列結(jié)構(gòu)硅光子晶體中填充向列相液晶，線缺陷波導是在完整的矩形晶格光子晶體中去除一排硅柱形成的，改變光子晶體中的一個硅柱半徑大小，從而引入點缺陷，入射光從第一線缺陷波導入射后，部分入射光會通過點缺陷耦合到第二線缺陷波導中，所述光功率探測器作為光接收單元位于兩線缺陷波導通道的端口。整個光功率分配器結(jié)構(gòu)非常簡單，體積小巧，性能穩(wěn)定可靠，電壓控制反應(yīng)速度快，在很多的時間內(nèi)就能控制光功率的調(diào)節(jié)，只需要通過改變光子晶體兩端導電模板的電壓就可以調(diào)節(jié)兩個輸出端的光功率比值，從而實現(xiàn)光功率的可調(diào)諧功能。
文檔編號G02B6/122GK102636839SQ20121013146
公開日2012年8月15日 申請日期2012年5月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月2日
發(fā)明者將強, 梁斌明, 王榮, 胡艾青 申請人:上海理工大學