一种全光二极管可控单向光传输装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开一种全光二极管可控单向光传输装置。所述装置包括波长可调谐连续波激光器、功率可调超短脉冲激光器、可调光延迟线、非对称光子晶体微腔‑波导结构。本实用新型专利技术借助光子晶体微腔左右两侧的光子晶体波导在长度上的显著差异，使得在相同的超短脉冲泵浦条件下，微腔内信号光、超短脉冲泵浦光、以及微腔谐振模三者之间的非线性相互作用发生变化，并显著影响透射光的动态演化过程。因此，通过精细调节脉冲泵浦光相对于信号光的延迟发射时间，使得信号光正向和反向传输时，微腔能分别处在不同的双稳态，从而可以在微腔整个非线性双稳区间的带宽内，对任一波长位于此带宽区间的信号光实现具有较高对比度的可控单向光传输。

An all-optical diode controlled unidirectional optical transmission device

【技术实现步骤摘要】
一种全光二极管可控单向光传输装置
本技术涉及微纳光子学领域，特别涉及基于非对称微腔-波导结构的全光二极管可控单向光传输装置。
技术介绍
全光二极管是一种重要的微纳光学器件，其目的是实现光的非互易传输，即允许光仅沿着一个方向传输，而相反方向的光传输则被抑止。这与具有p-n结的电子二极管的单向传输效应非常类似，因而在全光计算、激光技术、全光信息处理等领域具有广泛的应用前景。打破光传输的时间反演对称性是实现全光二极管的关键。目前，人们已经提出了许多不同的实现光非互易传输的机制和方法，例如使用超材料、可调液晶、磁光材料、不可逆损耗、非线性谐波产生等。其中，基于磁光效应的非互易光传输是研究得最早、最广泛的，但是由于它需要外加强磁场以及在制作工艺上无法与标准的硅(Si)基CMOS工艺相匹配，因此很难适用于如今高度集成的光子芯片。而基于非线性光学效应的非互易光传输则不需要外加强磁场，而是借助非线性光学效应对微腔折射率进行非对称调控，从而实现光的非互易传输。这种方式能够实现全光操控，而且适合于半导体CMOS工艺的光子芯片集成，是当前非互易光传输研究的主流方式。为实现超高的非互易光传输对比度(定义为在相同条件下的正向和反向传输时的透射率之比)，采用Fano微腔-波导结构是一种较为理想的解决方案，其典型特征是Fano透射谱线具有明显的不对称性，并且从谱线的谷值(透射率为0)到峰值有着尖锐的突变。然而，所有Fano型光二极管的工作带宽都极小(不超过0.005nm)，而且需要用到多个特殊设计的微腔，这些限制了其实际应用。因此，寻找一种仅仅借助一个微腔便能同时实现较高传输对比度和较大工作宽的非互易光传输方法是十分重要和关键的。另一方面，在全光信号处理和光计算中，我们有时需要光二极管的导通方向可以反转(即既可以实现信号光的正向导通，又可根据需要将其切换为反向导通)，并且这种反转是可控的，这显然比单一导通方向的光二极管的设计更具挑战性，将十分有利于光子系统的集成与应用。近来，Miroshnichenko等人利用含有液晶材料的周期性结构、李潮等人利用两个级联微腔多稳态间的可控光子跃迁分别实现了可控的光二极管导通方向反转。然而，当前几乎所有的全光二极管只能对不同的波段的信号光实现导通方向反转，而不能对同一波长的信号光实现导通方向的可控反转。显然，后者在全光信号处理中是十分重要的。
技术实现思路
为了克服现有技术的上述缺点与不足，本技术的目的在于提供一种基于非对称微腔-波导结构的全光二极管可控单向光传输装置，仅仅借助一个微腔便能同时实现较高传输对比度和较大工作带宽，并对同一波长的信号光实现导通方向的可控反转。本技术的目的通过以下技术方案实现。一种全光二极管可控单向光传输装置，其包括波长可调谐连续波激光器、功率可调超短脉冲激光器、可调光延迟线、以及非对称光子晶体微腔-波导结构；所述非对称光子晶体微腔-波导结构包括左侧光子晶体波导、单模光子晶体微腔和右侧光子晶体波导；所述左侧光子晶体波导、单模光子晶体微腔、右侧光子晶体波导沿直线依次排列；所述右侧光子晶体波导的长度是左侧光子晶体波导长度的2-6倍；所述波长可调谐连续波激光器用于提供入射信号光；所述功率可调超短脉冲激光器用于对全光二极管的单向光传输进行调控；所述入射信号光的工作波长位于光子晶体带隙范围内，且比所述单模光子晶体微腔的谐振波长大2nm到22nm；所述可调光延迟线用于调节所述功率可调超短脉冲激光器相对于连续波激光器的延迟发射时间。进一步地，所述装置还包括第一可变光衰减器、第二可变光衰减器、光纤耦合器、偏正控制器、透镜光纤和光探测器；波长可调谐连续波激光器的输出通过第一可变光衰减器与光纤耦合器的一个输入端连接，功率可调超短脉冲激光器与可调光延迟线连接，可调光延迟线的输出与光纤耦合器的另一个输入端连接，光纤耦合器的输出经过偏正控制器后再通过透镜光纤与非对称光子晶体微腔-波导结构的输入端连接，非对称光子晶体微腔-波导结构的输出端通过透镜光纤与光探测器连接。进一步地，所述非对称光子晶体微腔-波导结构中的光子晶体由Si材料圆形介质柱构成正方晶格，所述介质柱的直径为0.36a，折射率为3.48，其中a为光子晶体的晶格常数；所述单模光子晶体微腔由直径为0.21a、非线性Kerr系数为1×10-5m2/W的圆形Si材料介质柱构成，微腔的左右两侧各由两个直径为0.36a的Si材料圆形介质柱构成微腔的左腔壁和右腔壁。进一步地，所述非对称光子晶体微腔-波导结构中的多个Si材料圆形介质柱形成阵列排布，左侧光子晶体波导由所述阵列中移去2个排成一行的介质柱形成，所述右侧光子晶体波导由所述阵列中移去8个排成一行的介质柱形成。基于所述全光二极管可控单向光传输装置的全光二极管可控单向光传输方法，其包括以下步骤：步骤一：移动光子晶体微腔的左腔壁和右腔壁，使左腔壁和右腔壁最靠近光子晶体微腔的介质柱离微腔的中心距离均为0.85a；此时左侧光子晶体波导的长度变为2.15a，右侧光子晶体波导的长度变为8.15a。这些设计的使得光子晶体微腔和左侧光子晶体波导之间的耦合系数恰好等于微腔与右侧光子晶体波导之间的耦合系数；步骤二：为实现在相同泵浦条件下的非互易光传输，把非对称光子晶体微腔-波导结构的泵浦光即超短激光脉冲入射端口固定于左侧光子晶体波导或右侧光子晶体波导的外侧；步骤三：当泵浦光的发射位置固定后，波长位于光子晶体带隙范围内且大于微腔谐振波长的连续波信号光从左侧光子晶体波导或右侧光子晶体波导入射；而作为泵浦光的超短激光脉冲相比于连续波信号光延迟发射，延迟时间设为td；在信号光和泵浦光功率一定时，分别探测出信号光正向入射(从左到右)和反向入射(从右到左)时，为达微腔双稳态的高透射态所需的脉冲延迟时间td值。进一步地，当需实现信号光的正向导通而反向截止时，进行以下操作：在步骤三中，探测出信号光正向传输时为达高透射态所需的td值，并确保超短脉冲延迟时间取这些td值时，信号光的反向传输为低透射态；接着，将超短脉冲延迟时间设定为这些td值中的任意一个，这样，微腔内信号光、超短激光脉冲以及微腔谐振模三者之间的非线性相互作用便受td调控，使得在非线性Kerr效应下，当信号光正向传输时，微腔的谐振模波长将红移并恰好等于入射信号光的波长，从而匹配谐振，实现信号光正向传输高透，即导通；而当信号光反向传输时，微腔内的能量在td调控下变得很弱，使得微腔谐振波长的红移量很小，不能和入射信号光波长匹配谐振，从而实现信号光反向传输低透，即截止。进一步地，当需要在同一信号光波长下，实现全光二极管导通方向的可控反转，将全光二极管的正向导通、反向截止切换为反向导通而正向截止时，进行以下操作：在步骤三中，探测出信号光反向传输时为达高透射态所需的td值，并确保超短脉冲延迟时间取这些td值时，信号光的正向传输为低透射态；接着，将超短脉冲延迟时间设定为这些td值中的任意一个，这样，微腔内信号光、超短激光脉冲以及微腔谐振模三者之间的非线性相互作用便受td调控，使得在非线性Kerr效应下，当信号光反向传输时，微腔的谐振模波长将红移并恰好等于入射信号光的波长，从而匹配谐振，实现信号光反向传输高透，即导通；而当信号光正向传输时，微腔内的能量在td调控下本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种全光二极管可控单向光传输装置，其特征在于，包括波长可调谐连续波激光器、功率可调超短脉冲激光器、可调光延迟线、以及非对称光子晶体微腔‑波导结构；所述非对称光子晶体微腔‑波导结构包括左侧光子晶体波导、单模光子晶体微腔和右侧光子晶体波导；所述左侧光子晶体波导、单模光子晶体微腔、右侧光子晶体波导沿直线依次排列；所述右侧光子晶体波导的长度是左侧光子晶体波导长度的2‑6倍；所述波长可调谐连续波激光器用于提供入射信号光；所述功率可调超短脉冲激光器用于对全光二极管的单向光传输进行调控；所述入射信号光的工作波长位于光子晶体带隙范围内，且比所述单模光子晶体微腔的谐振波长大2nm到22nm；所述可调光延迟线用于调节所述功率可调超短脉冲激光器相对于连续波激光器的延迟发射时间。

【技术特征摘要】
1.一种全光二极管可控单向光传输装置，其特征在于，包括波长可调谐连续波激光器、功率可调超短脉冲激光器、可调光延迟线、以及非对称光子晶体微腔-波导结构；所述非对称光子晶体微腔-波导结构包括左侧光子晶体波导、单模光子晶体微腔和右侧光子晶体波导；所述左侧光子晶体波导、单模光子晶体微腔、右侧光子晶体波导沿直线依次排列；所述右侧光子晶体波导的长度是左侧光子晶体波导长度的2-6倍；所述波长可调谐连续波激光器用于提供入射信号光；所述功率可调超短脉冲激光器用于对全光二极管的单向光传输进行调控；所述入射信号光的工作波长位于光子晶体带隙范围内，且比所述单模光子晶体微腔的谐振波长大2nm到22nm；所述可调光延迟线用于调节所述功率可调超短脉冲激光器相对于连续波激光器的延迟发射时间。2.根据权利要求1所述的一种全光二极管可控单向光传输装置，其特征在于，还包括第一可变光衰减器、第二可变光衰减器、光纤耦合器、偏正控制器、透镜光纤和光探测器；波长可调谐连续波激光器的输出通过第一可变光衰减器与光纤耦合器的一个输入端连接，功率可调超短脉冲激光器与可调光延迟线连接，可...

【专利技术属性】
技术研发人员：李潮，吴淑雅，吴俊芳，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：新型
国别省市：广东,44