本發(fā)明涉及一種波長可調(diào)的超緊湊一維光子晶體波分解復(fù)用器，屬于光子晶體微納集成技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

近年來，波分復(fù)用技術(shù)(WDM)在通信領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用，而作為該技術(shù)關(guān)鍵器件的波分解復(fù)用器，也成為了目前研究的熱點(diǎn)。關(guān)于波分解復(fù)用器的研究設(shè)計(jì)主要包括半導(dǎo)體解復(fù)用器(文獻(xiàn)1.Yusuke Nasu,Kei Watanabe,Mikitaka Itoh,等.Ultrasmall 100GHz 40-Channel VMUX/DEMUX Based on Single-Chip 2.5％-ΔPLC[J].Lightwave Technology Journal of,2009,27(12):2087-2094.)，光柵解復(fù)用器(文獻(xiàn)2.T.Shibata,T.Hoshino,A.Takahashi,H.Masuda,and Y.Sugimoto,"Wavelength division demultiplexer using polymer optical waveguide and diffraction grating,"in Optical Fiber Communication Conference,Technical Digest(CD)(Optical Society of America,2004),paper MF34)和光子晶體解復(fù)用器。

光子晶體是一種由不同折射率的周期性介質(zhì)周期性排列而成的人工微結(jié)構(gòu)，不同于以往利用全反射方式來引導(dǎo)和傳輸光子的原理，光子晶體利用其具有特有的光子帶隙特性能夠性阻斷特定頻率的光子在其中傳播，并且可以通過引入缺陷的方法在來從光子禁帶中獲得導(dǎo)模，使光波可以在缺陷中以缺陷模式傳播。由于光子晶體結(jié)構(gòu)擁有體積小、易于集成、功耗低小等特點(diǎn)，在光計(jì)算機(jī)、集成芯片、光通信等領(lǐng)域有廣闊廣泛的應(yīng)用前景。近年來，各種各樣的光子晶體器件被源源不斷地提出，例如光子晶體波導(dǎo)，光子晶體光纖，光子晶體傳感器，光子晶體波分解復(fù)用器等等。其中光子晶體波分解復(fù)用器由于其具有易集成、低功耗等特點(diǎn)，得到了廣泛關(guān)注。

目前光子晶體波分解復(fù)用器的結(jié)構(gòu)絕大多數(shù)都是基于二維光子晶體，主要利用自準(zhǔn)直效應(yīng)(文獻(xiàn)3.Chen X,Qiang Z,Zhao D,et al.Polarization-independent drop filters based on photonic crystal self-collimation ring resonators.[J].Optics Express,2009,17(22):19808-13.)，多模干涉效應(yīng)(文獻(xiàn)4.Park I,Lee S G,Lee E H.A photonic crystal multimode interference wavelength demultiplexer[J].Proc Spie,2006,14(11):4923-7.)，微流子注入技術(shù)(文獻(xiàn)5.Chang C H,Young W B.Fabrication of the plastic component for photonic crystal using micro injection molding[J].Microsystem Technologies,2010,16(6):941-946.)，反射微腔結(jié)構(gòu)(文獻(xiàn)6.Balaji V R,Murugan M,Robinson S.Optimization of DWDM Demultiplexer Using Regression Analysis[J].Journal of Nanomaterials,2016,2016(9850457):1-10)等原理，但是對(duì)于一維光子晶體結(jié)構(gòu)的應(yīng)用研究少之又少。相比于二維光子晶體,一維光子晶體結(jié)構(gòu)具有易于集成，體積小，應(yīng)用靈活等特點(diǎn)。本發(fā)明正是基于一維光子晶體結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了一種波長可調(diào)、結(jié)構(gòu)緊湊的波分解復(fù)用器。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了解決上述問題，針對(duì)二維光子晶體波分解復(fù)用器占用面積偏大，結(jié)構(gòu)不緊湊，不易于片上集成及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)比較復(fù)雜等問題，提出了一種基于一維光子晶體微腔的結(jié)構(gòu)簡單緊湊、易于實(shí)現(xiàn)片上集成且通道波長可調(diào)的N通道波分解復(fù)用器。

本發(fā)明的一種波長可調(diào)的超緊湊一維光子晶體波分解復(fù)用器，包括主波導(dǎo)，光功率分束器和N個(gè)一維光子晶體波導(dǎo)微腔通道，光功率分束器實(shí)現(xiàn)將入射光功率平均分配至N個(gè)通道，一維光子晶體波導(dǎo)微腔通過引入缺陷來在光子禁帶中引入導(dǎo)模，實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)波長的光波輸出。從而使整個(gè)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)入射光進(jìn)行N個(gè)波長的解復(fù)用過程。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

與傳統(tǒng)集成器件相比，本發(fā)明的一維光子晶體器件具有體積小，功耗小，功率低，易集成等特點(diǎn)。

與同類二維光子晶體器件相比，本一維光子晶體器件具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)本發(fā)明結(jié)構(gòu)非常緊湊，整個(gè)波分解復(fù)用器尺寸大約為～N×10μm×0.5μm，要遠(yuǎn)小于同類器件，相比于二維光子晶體結(jié)構(gòu)，更加利于片上集成；

(2)本發(fā)明應(yīng)用簡單靈活，每個(gè)一維光子晶體波導(dǎo)微腔結(jié)構(gòu)只需調(diào)節(jié)微腔長度(Lc)這一個(gè)參數(shù)便可實(shí)現(xiàn)不同波長的輸出，而且各一維光子晶體波導(dǎo)微腔通道間相互獨(dú)立。如果需要調(diào)整某個(gè)輸出的波長值，只需要更換對(duì)應(yīng)通道的波導(dǎo)微腔，而無需對(duì)整個(gè)器件結(jié)構(gòu)進(jìn)行大幅調(diào)整。從而實(shí)現(xiàn)波長可調(diào)。

附圖說明

圖1是波長可調(diào)的超緊湊一維光子晶體波分解復(fù)用器的實(shí)現(xiàn)示意圖。

圖2是5通道一維光子晶體波分解復(fù)用器的模型示意圖。

圖3是一維光子晶體波導(dǎo)微腔結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是5通道波分解復(fù)用器5個(gè)通道輸出的綜合透射圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

本發(fā)明的一種波長可調(diào)的超緊湊一維光子晶體波分解復(fù)用器，如圖1所示，包括主波導(dǎo)，光功率分束器(1×N)和N個(gè)一維光子晶體波導(dǎo)微腔通道，光功率分束器實(shí)現(xiàn)將入射光功率平均分配至N個(gè)通道，一維光子晶體波導(dǎo)微腔通過引入缺陷來在光子禁帶中引入導(dǎo)模，實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)波長(λ₁至λ_N)的光波輸出。從而使整個(gè)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)入射光進(jìn)行N個(gè)波長的解復(fù)用過程。

實(shí)施例：

一個(gè)5通道的一種波長可調(diào)的超緊湊一維光子晶體波分解復(fù)用器，其具體實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)如圖1所示。光源首先進(jìn)入一段矩形輸入波導(dǎo)，經(jīng)過傳輸后送入光功率分束器，將光功率平均分配，一分為五后進(jìn)入5個(gè)一維光子晶體波導(dǎo)微腔通道，如圖2所示，該解復(fù)用器由五段一維光子晶體波導(dǎo)微腔組成。

所述的一維光子晶體波導(dǎo)微腔通道，介質(zhì)為硅，其折射率為3.46，背景介質(zhì)為空氣，其折射率為1.0。

5段一維光子晶體波導(dǎo)微腔通道的具體結(jié)構(gòu)如圖3所示，它們的共同點(diǎn)為①整個(gè)波導(dǎo)長度為10μm，寬度為0.5μm，厚度為0.22μm；②一般空氣孔之間的距離(即晶格常數(shù))為a＝350nm；③均含有14個(gè)空氣孔，且這14個(gè)空氣孔關(guān)于中心線對(duì)稱；④以前7個(gè)空氣孔為例(后7個(gè)與之關(guān)于中心線對(duì)稱)，前三個(gè)空氣孔(錐形孔)半徑分別為65nm、80nm、95nm，后四個(gè)空氣孔半徑均為r＝85nm。

它們的不同點(diǎn)在于，最靠近中心線的兩個(gè)空氣孔(即第7、8個(gè)孔)之間的距離不為固定值a，而用微腔長度Lc表示，所述的5段一維光子晶體波導(dǎo)微腔通道擁有不同的Lc值。當(dāng)經(jīng)過復(fù)用的光波通過該一維光子晶體波導(dǎo)微腔通道結(jié)構(gòu)后，由于光子禁帶效應(yīng)及引入缺陷形成導(dǎo)模，只會(huì)有單一波長的光能通過該一維光子晶體波導(dǎo)微腔通道，并被探測器于尾端檢測到。

并且通過研究發(fā)現(xiàn)，通過改變微腔長度Lc，就可以相應(yīng)調(diào)節(jié)該通道的輸出波長λ(5通道分別對(duì)應(yīng)圖2中的λ₁-λ₅)。當(dāng)滿足Lc長度在325nm到525nm之間時(shí),對(duì)應(yīng)通道輸出波長λ與之近似滿足線性關(guān)系,即λ≈Lc+900nm。

利用三維有限時(shí)域差分法(3D-FDTD)，分別選取5個(gè)合適的微腔長度Lc，通過數(shù)值模擬計(jì)算得到了5通道輸出的透射圖，如圖4所示，其橫坐標(biāo)為波長，縱坐標(biāo)為透射譜。通過透射圖可以看出，每個(gè)通道的透射圖都有1個(gè)明顯的諧振峰，且5個(gè)諧振峰對(duì)應(yīng)波長值不同。從而說明該發(fā)明能夠在輸出端獲得5個(gè)不同波長的光波，即能夠?qū)?fù)用的入射光實(shí)現(xiàn)1分5的解復(fù)用。