本发明专利技术属于集成光学技术领域，具体公开了一种混合微环波导器件，该器件包括同时位于衬底(7)上的微环波导(1)、直波导(2)、第一声子晶体波导(3)及第二声子晶体波导(4)；直波导(2)与微环波导(1)相互耦合；第一声子晶体波导(3)同时沿该微环波导(1)的内侧与外侧分布，第二声子晶体波导(4)沿该直波导(2)远离微环波导(1)的一侧分布；并且，微环波导(1)和直波导(2)的材料光折射率均高于第一声子晶体波导(3)和第二声子晶体波导(4)的材料光折射率。本发明专利技术通过引入声子晶体波导，利用微环波导和声子晶体波导的协同作用，可实现光场和声场的限制和独立调控，由此解决了布里渊器件尺寸大，阈值功率高的问题。
【技术实现步骤摘要】
一种混合微环波导器件
本专利技术属于集成光学
，更具体地，涉及一种混合微环波导器件，该混合微环波导器件能够实现布里渊效应。
技术介绍
集成光子器件在光通信波段可以实现近乎透明的信号传输，而且其高折射率使得器件的尺寸得到极大的缩小。这不仅能够产生强烈的光场限制，而且也极大的增强了波导内的光能量密度，从而激发起丰富非线性光学效应，可以被用来构建多种不同用途的集成光子器件。布里渊散射是最常见的非线性光学效应之一，在光学传感、微波光子学、全光信号处理等领域具有广泛的应用，因此一个可集成的片上布里渊器件在未来的信息系统中将发挥重要的作用。现有技术中产生布里渊的集成器件主要为直波导器件，这种器件虽然可以产生较强的布里渊效应，但是器件尺寸普遍较大，非常不利于制作和集成。微环波导对光场具有很强的谐振增强作用，微环中传输的光功率密度比直波导要大很多倍，这可以提高布里渊的激发效率。但是，传统的微环波导只能对光场进行限制和增强，并不能对声场产生很强的限制效果，因此传统微环波导的布里渊效应很弱。声子晶体波导是由声学材料性质不同的介质在空间上周期排列形成。其最重要的特征是具声子带隙，通过在声子晶体波导中适当引入线缺陷可以在纳米尺寸的波导体积中产生较强的声场限制，这种独特的特性可以有效地控制声子的传输，从而加强布里渊效应。目前还没有结合微环波导和声光子晶体波导来增强布里渊效应的技术方案。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术的目的在于提供一种混合微环波导器件，其中通过引入声子晶体波导，利用微环波导和声子晶体波导的协同作用，可实现光场和声场的限制和独立调控，由此解决了布里渊器件尺寸大，阈值功率高的问题；并且，本专利技术还优选通过向声子晶体波导中引入缺陷，并通过控制这些缺陷的形状及分布，能够进一步实现对声场调控和限制，确保布里渊器件的性能。为实现上述目的，按照本专利技术，提供了一种混合微环波导器件，其特征在于，包括同时位于衬底(7)上的微环波导(1)、直波导(2)、第一声子晶体波导(3)及第二声子晶体波导(4)；其中，所述直波导(2)位于所述微环波导(1)外部，所述直波导(2)与所述微环波导(1)相互耦合；所述第一声子晶体波导(3)同时沿该微环波导(1)的内侧与外侧分布，所述第二声子晶体波导(4)沿该直波导(2)远离所述微环波导(1)的一侧分布；并且，在预先设定的目标光波长条件下，所述微环波导(1)和所述直波导(2)的材料光折射率均高于所述第一声子晶体波导(3)和所述第二声子晶体波导(4)的材料光折射率。作为本专利技术的进一步优选，所述微环波导(1)和所述直波导(2)用于将波长满足预先设定的目标光波长条件的光场限制在所述微环波导(1)和所述直波导(2)中，所述第一声子晶体波导(3)和所述第二声子晶体波导(4)用于将频率满足预先设定的目标频率条件的声子限制在所述微环波导(1)和所述直波导(2)中，所述第一声子晶体波导(3)和所述第二声子晶体波导(4)均具有重复排列分布的空气孔，这些空气孔均通至所述衬底(7)的表面，并且在衬底表面所在平面上的投影均为圆形、矩形或六边形，这些空气孔的中心轴线均垂直于所述衬底(7)；当所述投影为圆形时，这些空气孔为圆柱形空气孔，任意一个所述圆柱形空气孔的半径均为0.1微米～1微米；对于所述微环波导(1)，它的谐振峰谱线中有一个谐振峰位于预先设定的目标光波长处，并且，若记该谐振峰为目标谐振峰，则所述谐振峰谱线中与所述目标谐振峰相邻的谐振峰与该目标谐振峰的频率之差为所述第一声子晶体波导(3)和所述第二声子晶体波导(4)限制的声子目标频率的整数倍。作为本专利技术的进一步优选，所述微环波导(1)在所述衬底(7)表面所在平面上的投影呈环形；优选的，所述环形为两个直线段形与两个弧形相切连接形成的闭合环形。作为本专利技术的进一步优选，所述微环波导(1)与所述直波导(2)的横截面的宽度均为0.35微米～1微米，高度均为0.1微米～1微米。作为本专利技术的进一步优选，所述微环波导(1)与所述直波导(2)侧向耦合。作为本专利技术的进一步优选，所述微环波导(1)与所述直波导(2)之间的最短间距为0.03微米～0.3微米。作为本专利技术的进一步优选，所述微环波导(1)置于第一支架(5)上，该第一支架(5)用于支撑所述微环波导(1)使该微环波导(1)相对于所述衬底(7)悬空；优选的，所述第一支架(5)的横截面为人字形；所述直波导(2)置于第二支架(6)上，该第二支架(6)用于支撑所述直波导(2)使该直波导(2)相对于所述衬底(7)悬空；优选的，所述第二支架(6)的横截面为人字形。作为本专利技术的进一步优选，所述第一支架(5)和所述第二支架(6)均采用横截面上窄下宽的结构，所述第一支架(5)和所述第二支架(6)的上边缘宽度为0.02微米～0.05微米。通过本专利技术所构思的以上技术方案，与现有技术相比，由于同时引入微环波导及声子晶体波导形成混合的微环波导结构，当光波耦合进微环波导中时，微环波导的谐振效应可以对光场产生增强作用，同时，声子晶体波导和进一步优选设置的支架结构可以使得声场有效的限制在微环波导中，从而产生加强的声光相互作用，这可以有效的降低布里渊阈值功率和提高布里渊激发效率。本专利技术优选将微环波导的谐振峰控制在预先设定的目标光波长处，并将微环波导的谐振峰谱线中相邻两谐振峰的频率之差控制为声子目标频率值的整数倍，使该混合微环波导器件能够将波长满足预先设定的目标光波长条件的光场限制在微环波导和直波导中，同时由于第一声子晶体波导和第二声子晶体波导的作用，使频率满足预先设定的目标频率条件的声子也被限制在微环波导和直波导中，从而产生加强的声光相互作用。并且，本专利技术得到的混合微环波导器件其整体尺寸长度可以低至30-110微米，宽度可以低至20-100微米，有效的降低了器件尺寸。本专利技术还优选设置分别用于支撑微环波导、直波导的第一支架和第二支架，支架均采用横截面上窄下宽的结构，上边缘宽度优选控制为0.02微米～0.05微米，上边缘宽度越低，声场就越少泄露到衬底，因此对声场限制能力更强，下边缘越宽，支架结构越稳定。本专利技术的直波导及微环波导截面的宽度和高度以及微环波导的周长需要特殊设计，其中截面尺寸决定了光波的波长和模式，可根据预期限制的光波长以及特定的光场模式通过有限元理论求解波导本征值方程进行设计。微环波导的周长(即微环波导中心线对应的周长)需要使预先设定的目标光波长位于微环谐振峰处，并且微环相邻两谐振峰(尤其是当这两谐振峰中有一个谐振峰为与目标光波长相对应的谐振峰)的频率之差为声子频率的整数倍。本专利技术中的第一声子晶体波导和第二声子晶体波导均具有按照一定规律排列的圆柱形空气孔的结构(空气孔也可以是在衬底上投影为矩形或者六边形的立体结构)，分布在直波导直线形一侧的第二声子晶体波导，以及围绕微环波导环形内侧与环形外侧分布的第一声子晶体波导，圆柱形轴线垂直于衬底表面，任意一个圆柱形空气孔的半径均满足0.1微米～1微米，圆柱形空气孔的具体半径以及这些空气孔重复排列分布的周期长度(对应于紧邻的两个空气孔中心轴线之间的间距)可以根据被限制的声子特性通过有限元理论求解声波本征值方程进行设计，这些孔洞的层数可以根据需要进行调节，一般而言层数越高，对声场的限制能力越强，从本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种混合微环波导器件，其特征在于，包括同时位于衬底(7)上的微环波导(1)、直波导(2)、第一声子晶体波导(3)及第二声子晶体波导(4)；其中，所述直波导(2)位于所述微环波导(1)外部，所述直波导(2)与所述微环波导(1)相互耦合；所述第一声子晶体波导(3)同时沿该微环波导(1)的内侧与外侧分布，所述第二声子晶体波导(4)沿该直波导(2)远离所述微环波导(1)的一侧分布；并且，在预先设定的目标光波长条件下，所述微环波导(1)和所述直波导(2)的材料光折射率均高于所述第一声子晶体波导(3)和所述第二声子晶体波导(4)的材料光折射率。
【技术特征摘要】
1.一种混合微环波导器件，其特征在于，包括同时位于衬底(7)上的微环波导(1)、直波导(2)、第一声子晶体波导(3)及第二声子晶体波导(4)；其中，所述直波导(2)位于所述微环波导(1)外部，所述直波导(2)与所述微环波导(1)相互耦合；所述第一声子晶体波导(3)同时沿该微环波导(1)的内侧与外侧分布，所述第二声子晶体波导(4)沿该直波导(2)远离所述微环波导(1)的一侧分布；并且，在预先设定的目标光波长条件下，所述微环波导(1)和所述直波导(2)的材料光折射率均高于所述第一声子晶体波导(3)和所述第二声子晶体波导(4)的材料光折射率。2.如权利要求1所述混合微环波导器件，其特征在于，所述微环波导(1)和所述直波导(2)用于将波长满足预先设定的目标光波长条件的光场限制在所述微环波导(1)和所述直波导(2)中，所述第一声子晶体波导(3)和所述第二声子晶体波导(4)用于将频率满足预先设定的目标频率条件的声子限制在所述微环波导(1)和所述直波导(2)中，所述第一声子晶体波导(3)和所述第二声子晶体波导(4)均具有重复排列分布的空气孔，这些空气孔均通至所述衬底(7)的表面，并且在衬底表面所在平面上的投影均为圆形、矩形或六边形，这些空气孔的中心轴线均垂直于所述衬底(7)；当所述投影为圆形时，这些空气孔为圆柱形空气孔，任意一个所述圆柱形空气孔的半径均为0.1微米～1微米；对于所述微环波导(1)，它的谐振峰谱线中有一个谐振峰位于预先设定的目标光波长处，并且，若记该谐振峰为目标谐振峰...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙军强，程铭，张芮闻，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42
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