基于异质结光子晶体耦合腔波导的单纤三向光器件制造技术

技术编号:17911015 阅读:64 留言:0更新日期:2018-05-10 17:28
本发明专利技术公开了一种基于异质结光子晶体耦合腔波导的单纤三向光器件,包括相互连接的第一光子晶体单元和第二光子晶体单元,第一光子晶体单元上设有一条主波导和两条下路波导,两条下路波导分别位于主波导的两侧,两条下路波导的轴心线重叠且与主波导的轴心线相互垂直,第二光子晶体单元设有一条上路波导,上路波导的轴心线与主波导的轴心线重叠,主波导与两条下路波导之间、主波导与所述上路波导之间分别设有一个耦合微腔,三个耦合微腔内分别设有无源硅缺陷介质柱。本发明专利技术采用异质结型光子晶体材料,实现多信道滤波;通过调整两微腔中无源硅缺陷介质柱的半径和偏移量,提高透射率,减小插入损耗,增大目标光波透过率。

【技术实现步骤摘要】
基于异质结光子晶体耦合腔波导的单纤三向光器件
本专利技术涉及一种单纤三向光器件,尤其涉及一种基于异质结光子晶体耦合腔波导的单纤三向光器件。
技术介绍
随着数据业务对带宽的需求日益增长,传统的光学器件已无法满足高速发展的通信网络。在现代光通信系统中,单纤三向光器件是PON方式FTTH的一个核心器件,它的性能直接影响到通信质量,其主要功能是将波长为1550nm的模拟CATV信号、波长为1490nm的数字信号和波长为1310nm的终端用户传输信号耦合进一根光纤中,从而实现“三网融合”业务。目前实际应用中的单纤三向光器件是由分立式元件耦合而成的,具有不易封装、损耗严重和成本高等缺点,而且尺寸一般为毫米和厘米数量级,远不能满足于未来集成光学器件发展。作为一种新兴介质材料,光子晶体具有高集成、易控制等特点,可灵活控制光的传输,被广泛应用于集成光路领域中,特别是光通信用器件的研制,如单纤双向光器件、单纤三向光器件(Triplexer)和光解复用器等。光子晶体是同折射率分布的周期性排列的一种晶格结构,其最根本的特征就是“光子禁带”(PBG),即频率落在禁带范围内的电磁波均不能通过光子晶体。利用这一特性,在完整光子晶体中引入点缺陷和线缺陷形成的谐振微腔和波导产生共振耦合,就可实现对光路波长量级的控制。在单纤三向光组件的实际应用中,除要求其具有高度集成的结构外,还需具有处理多个通信波段的能力。然而目前基于光子晶体的多信道下路滤波器的报道甚少,所能操作的波长普遍较为单一,结构较为复杂,且对通信波段仍存在一定的损耗,间接减小了所需光波的透过率,具体缺陷如下:1.传统单纤三向光器件是由分立式元件耦合而成的,集成度相对较低,加工过程易产生误差,从而降低耦合效率,造成损耗严重,器件封装难度较大,生产效率低,存在滤波片易刮花等问题,废品率及成本较高,不适用于未来光子集成的发展;2.由于不同介质的介电常数比、晶格结构、介质填充比等材料参数设计的不合理,导致光子禁带较窄,所对应的波长λ范围部分满足通信波段范围,使得滤波频段较为单一,不能满足复用系统的要求;3.微腔的整体结构设计以及与波导的耦合容易造成部分光波能量的损耗,存在基于光子晶体微环结构的滤波器设计方案,结构复杂,而且这种结构容易在环区拐弯的地方激发起其他模式,从而降低滤波器下路效率,增大了损耗,减小了透过率。
技术实现思路
本专利技术的目的就在于为了解决上述问题而提供一种结构简单、透过率高、插入损耗小、隔离度高的基于异质结光子晶体耦合腔波导的单纤三向光器件。本专利技术通过以下技术方案来实现上述目的:一种基于异质结光子晶体耦合腔波导的单纤三向光器件,包括相互连接的第一光子晶体单元和第二光子晶体单元,所述第一光子晶体单元的光子晶体晶格常数为a1nm、第一无源硅介质柱半径为r1nm,所述第二光子晶体单元的光子晶体晶格常数为a2nm、第二无源硅介质柱半径为r2nm,所述第一光子晶体单元上设有一条较长的线缺陷形成的主波导和两条较短的线缺陷形成的下路波导,两条所述下路波导分别位于所述主波导的两侧,两条所述下路波导的轴心线重叠且与所述主波导的轴心线相互垂直,所述第二光子晶体单元设有一条较短的线缺陷形成的上路波导,所述上路波导的轴心线与所述主波导的轴心线重叠,所述主波导与两条所述下路波导之间、所述主波导与所述上路波导之间分别设有一个耦合微腔,三个所述耦合微腔内分别设有无源硅缺陷介质柱,所述主波导与所述上路波导之间的所述耦合微腔位于所述第二光子晶体单元上。作为优选,每个所述耦合微腔内的所述无源硅缺陷介质柱均为两个,所述主波导与两条所述下路波导之间的两个所述耦合微腔内的两个所述无源硅缺陷介质柱的连接线与所述下路波导的轴心线平行,所述主波导与所述上路波导之间的所述耦合微腔内的两个所述无源硅缺陷介质柱的连接线与所述上路波导的轴心线平行。作为优选,每个所述耦合微腔内的两个所述无源硅缺陷介质柱之间均间隔三个对应的无源硅介质柱。作为优选,a1为460,r1为110,a2为420,r2为100。作为优选,所述主波导与第一条所述下路波导之间的所述耦合微腔内的两个所述无源硅缺陷介质柱的直径为101.2nm,所述主波导与第二条所述下路波导之间的所述耦合微腔内的两个所述无源硅缺陷介质柱的直径为85.6nm,所述主波导与所述上路波导之间的所述耦合微腔内的两个所述无源硅缺陷介质柱的直径为70.6nm;所述主波导与第一条所述下路波导之间的所述耦合微腔内的两个所述无源硅缺陷介质柱分别向中心位置偏移112nm,所述主波导与第二条所述下路波导之间的所述耦合微腔内的两个所述无源硅缺陷介质柱分别向中心位置偏移110nm,所述主波导与所述上路波导之间的所述耦合微腔内的两个所述无源硅缺陷介质柱分别向中心位置偏移100nm。本专利技术的有益效果在于:本专利技术利用人工微结构材料——光子晶体,并采用由第一光子晶体单元和第二光子晶体单元形成的异质结型结构,具有极强的光控能力,易于器件的集成化,为单纤三向光器件的集成化、微型化提供了可能;采用异质结型光子晶体材料,合理设计介质材料参数,调整光子禁带满足Triplexer波段范围,实现多信道滤波;能够利用双微腔耦合波导结构(这里的双微腔指一个耦合微腔内的两个无源硅缺陷介质柱形成的双微腔结构)选出1310nm的光,并对其他波段的光反射,采用异质结型设计,即两个光子晶体单元的晶格常数不同,使1310nm光处于II结构中的光子禁带中,确保1310nm光被束缚在波导内直至稳定地到达输出端;通过调整两微腔中无源硅缺陷介质柱的半径和偏移量,使得微腔能量中心间距小于无源硅缺陷介质柱的间距,从而增大邻腔间的跃迁系数,提高透射率;通过设计对称式双微腔耦合波导结构,调整缺陷结构参数和波导反射距离,减小插入损耗,增大目标光波透过率至99%以上。附图说明图1是本专利技术所述基于异质结光子晶体耦合腔波导的单纤三向光器件的俯视结构示意图;图2是本专利技术所述基于异质结光子晶体耦合腔波导的单纤三向光器件的TE能带结构示意图;图3是本专利技术所述基于异质结光子晶体耦合腔波导的单纤三向光器件的双微腔型耦合腔波导结构示意图;图4是本专利技术所述基于异质结光子晶体耦合腔波导的单纤三向光器件的耦合微腔的波导透射谱示意图;图5是本专利技术所述基于异质结光子晶体耦合腔波导的单纤三向光器件的简化模型图;图6是本专利技术所述基于异质结光子晶体耦合腔波导的单纤三向光器件的峰值反射率示意图;图7是本专利技术所述基于异质结光子晶体耦合腔波导的单纤三向光器件的透射谱示意图;图8是本专利技术所述基于异质结光子晶体耦合腔波导的单纤三向光器件的1310nm稳态电场分布图;图9是本专利技术所述基于异质结光子晶体耦合腔波导的单纤三向光器件的1490nm稳态电场分布图;图10是本专利技术所述基于异质结光子晶体耦合腔波导的单纤三向光器件的1550nm稳态电场分布图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步说明:如图1所示,本专利技术所述基于异质结光子晶体耦合腔波导的单纤三向光器件包括相互连接的第一光子晶体单元1和第二光子晶体单元9,第一光子晶体单元1的光子晶体晶格常数为a1nm、第一无源硅介质柱2的半径为r1nm,第二光子晶体单元9的光子晶体晶格常数为a2nm、第二无源硅介质柱10的半径为r2nm,第一光子晶体单元1上本文档来自技高网
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基于异质结光子晶体耦合腔波导的单纤三向光器件

【技术保护点】
一种基于异质结光子晶体耦合腔波导的单纤三向光器件,其特征在于:包括相互连接的第一光子晶体单元和第二光子晶体单元,所述第一光子晶体单元的光子晶体晶格常数为a1 nm、第一无源硅介质柱半径为r1 nm,所述第二光子晶体单元的光子晶体晶格常数为a2 nm、第二无源硅介质柱半径为r2 nm,所述第一光子晶体单元上设有一条较长的线缺陷形成的主波导和两条较短的线缺陷形成的下路波导,两条所述下路波导分别位于所述主波导的两侧,两条所述下路波导的轴心线重叠且与所述主波导的轴心线相互垂直,所述第二光子晶体单元设有一条较短的线缺陷形成的上路波导,所述上路波导的轴心线与所述主波导的轴心线重叠,所述主波导与两条所述下路波导之间、所述主波导与所述上路波导之间分别设有一个耦合微腔,三个所述耦合微腔内分别设有无源硅缺陷介质柱,所述主波导与所述上路波导之间的所述耦合微腔位于所述第二光子晶体单元上。

【技术特征摘要】
1.一种基于异质结光子晶体耦合腔波导的单纤三向光器件,其特征在于:包括相互连接的第一光子晶体单元和第二光子晶体单元,所述第一光子晶体单元的光子晶体晶格常数为a1nm、第一无源硅介质柱半径为r1nm,所述第二光子晶体单元的光子晶体晶格常数为a2nm、第二无源硅介质柱半径为r2nm,所述第一光子晶体单元上设有一条较长的线缺陷形成的主波导和两条较短的线缺陷形成的下路波导,两条所述下路波导分别位于所述主波导的两侧,两条所述下路波导的轴心线重叠且与所述主波导的轴心线相互垂直,所述第二光子晶体单元设有一条较短的线缺陷形成的上路波导,所述上路波导的轴心线与所述主波导的轴心线重叠,所述主波导与两条所述下路波导之间、所述主波导与所述上路波导之间分别设有一个耦合微腔,三个所述耦合微腔内分别设有无源硅缺陷介质柱,所述主波导与所述上路波导之间的所述耦合微腔位于所述第二光子晶体单元上。2.根据权利要求1所述的基于异质结光子晶体耦合腔波导的单纤三向光器件,其特征在于:每个所述耦合微腔内的所述无源硅缺陷介质柱均为两个,所述主波导与两条所述下路波导之间的两个所述耦合微腔内的两个所述无源硅缺陷介质柱的连接线与所述下路波导的轴心线平行,所述主波导与所述上路波导之间的所述耦合微...

【专利技术属性】
技术研发人员:张克非李顺朱虹茜党绪文王娅欣
申请(专利权)人:西南科技大学
类型:发明
国别省市:四川,51

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