电磁波频率滤波器制造技术

在该电磁波频率滤波器中，匹配谐振器４↓［１］的谐振频率的预定频率的电磁波被通过谐振器４↓［１］，从输入波导２传输到输出波导３上，并从输出端Ｐ３输出。该滤波器具有输入波导侧反射器２１↓［１］和输出波导侧反射器３１↓［１］，其反射预定频率的电磁波。该电磁波频率滤波器满足下述关系：Ｑ↓［ｉｎｂ］／（１－ｃｏｓθ↓［１］）＜＜Ｑ↓［Ｖ］；Ｑ↓［ｉｎｂ］／（１－ｃｏｓθ↓［２］）＝Ｑ↓［ｉｎｒ］／（１－ｃｏｓθ↓［２］）；θ↓［１］、θ↓［２］≠２Ｎπ（Ｎ＝０，１，…）。其中θ↓［１］是被所述输入波导侧反射器２１↓［１］反射而回到所述谐振器附近的电磁波的相移量，θ↓［２］是被所述输出波导侧反射器３１↓［１］反射而回到所述谐振器附近的电磁波的相移量，Ｑ↓［ｉｎｂ］是在所述谐振器４↓［１］和所述输入波导２之间的Ｑ因子，Ｑ↓［ｉｎｒ］是在所述谐振器４↓［１］和所述输出波导３↓［１］之间的Ｑ因子，而Ｑ↓［Ｖ］是在所述谐振器４↓［１］和自由空间之间的Ｑ因子。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种电磁波频率滤波器，其用于选择性地取得预定频率的电磁波。
技术介绍
近来，为了增大传输能力，使用波分复用的光学通讯系统在光学通讯领域等广受欢迎。在使用波分复用的光学通讯系统中，需要多路器、多路分离器及波长滤波器(频率滤波器)。通常，使用阵列波导光栅(AWG)作为多路分离器。然而因为阵列波导光栅是通过使用硅石基光学波导来形成因此为大约几平方厘米，盼望有更小的多路分离器。因而，为了使多路分离器小型化，在许多地方发展出使用具有光波长的量级(在大多数情况下，其约为预计电磁波段的半波长)的折射率周期结构的光子晶体的频率滤波器。例如，作为这种类型的频率滤器，提出了如14A和14B中所示的电磁波频率滤波器。该电磁波频率滤波器在所谓的板型光子晶体1中，具有线形的输入波导2、输出波导3其设置为在输入波导2的宽度方向上与输入波导2成隔开的关系，以及谐振器4其设置在输入波导2的中间部分和输出波导3的中间部分之间。在图14A和14B中示出的电磁波频率滤波器中，输入波导2和输出波导3的形成是通过在二维的光子晶体1的折射率周期结构中制造两个线形缺陷(即，对折射率周期结构的扰乱)。而谐振器4的形成是通过在在二维的光子晶体1的折射率周期结构中制造一点状缺陷。在板型二维光子晶体1中，在板11的厚度方向上的两侧由高折射率介质例如Si制成，并用均匀的低折射率介质例如空气和SiO2夹入中间，因此电磁波(例如光)被平面中的光子带隙限制并且电磁波在厚度方向上被全反射限制。在上面提到的电磁波频率滤波器中，输入波导2的一端定义为端口P1(输入端P1)，输入波导2的另一端定义为P2，而输出波导3的一端定义为端口P3(输出端P3)，其另一端定义为端口P4。当多个不同频率的电磁波入射到输入端P1时，从该多个电磁波中，匹配谐振器4的谐振频率的预定频率的电磁波，通过谐振器4被传输到输出波导3，然后被从输出端P3输出。具有与谐振器4的谐振频率不同的频率的电磁波被朝向输入波导2的端2传播。在图14A中，实线箭头示出具有与谐振器4的谐振频率相匹配的频率的电磁波的传输路径，而交替长短点划线箭头示出频率与谐振器4的谐振频率不同的电磁波的传播路径。上面提到的电磁波频率滤波器可用作光开关，其改变输出端P3的输出并切换对来自输出端P3的电磁波的选取。顺便说，通过使用模式耦合理论，本专利技术者评估在图14A、14B中示出的常规电磁波频率滤波器中的从每个端口P1到P4的输出强度以及从谐振器4到自由空间的输出强度，其得到的结果在图15中示出。当应用模式耦合理论时，在谐振器4和输入波导2之间的Q因子定义为Qin而在谐振器4和自由空间之间的Q因子定义为Qv。在图15中，水平轴表示Qin/Qv，而垂直轴表示输出强度，在图15中“X1”表示端P2的输出强度，“X2”表示端P1、P3和P4的输出强度，“X3”表示到自由空间的输出强度。如图15所示，在常规电磁波频率滤波器中，到输出端P3的传输效率的最大值(即波长选择效率)在理论上仅为25％，因此就有传输效率过于不足的问题。另外，Qin是在与谐振器-输入波导系统中从谐振器4漏入到输入波导2中的能量的量有关的一个值。换句话说，Qin是示出在谐振器-输入波导系统中，谐振器4能储存多少能量的一个值。Qin定义如下述表达式Qin＝ω0×W/(-dW/dt)其中，ω0表示谐振器4的谐振频率，W表示储存在谐振器4中的能量，而(-dW/dt)表示从谐振器4到输入波导2中每单位时间损失的能量。Qv是在谐振器-自由空间系统中与从谐振器4漏入到自由空间中的能量的量有关的一个值。换句话说，Qv是示出在谐振器-自由空间系统中，谐振器4能储存多少能量的一个值。Qv定义如下述表达式Qv＝ω0×W/(-dW/dt)其中，ω0表示谐振器4的谐振频率，W表示储存在谐振器4中的能量，而(-dW/dt)表示从谐振器4到自由空间中每单位时间损失的能量。另外，已经提出了与图14A和14B示出的电磁波频率滤波器相比而言，能达到较高传输效率的电磁波频率滤波器。该电磁波频率滤波器包括二维光子晶体，其中在二维平面上设置有由具有比空气更高的折射率的介质制成的圆柱形棒，而输入波导、输出波导和两个谐振器形成在该二维光子晶体(例如，看Japanese Kohyo(国家公布的翻译版)No.2001-50887，p.22-23，p.40-46，图3、8和22，及C.Manolatou等人“Couping of Modes Analysis ofResonant Channel Add-Drop Filters”，IEEE JOURNAL QUANTUMELETRONICS，VOL35，NO9，1999，p.1322-1331，及Shanhui Fan等人，“Channel Drop Tunneling through Localized States”，PHYSICAL REVIEWLETTERS，VOL80，NO5，1998，p.960-963)。在这种电磁波频率滤波器中，朝向输入波导的输入端的相对端传播的电磁波和朝向输出波导的输出端的相对端传播的电磁波可以被两个谐振器的谐振模式消去。具体的说，两个谐振器构成其中两个谐振器同相振荡的对称模式和两个谐振器反相振荡的反对称模式，当在对称模式中的谐振频率和在反对称模式中的谐振频率彼此相同时，在对称模式中的相对输入波导、输出波导和平面外的自由空间的衰减速率其每一个分别都等于在反对称模式中相对它们的衰减速率，在对称模式的振荡和反对称模式的振荡之间的相位差满足特定条件(例如，π)，来自谐振器的在输入波导的输入端(进入端)的相反方向传播的电磁波和来自谐振器的在输出波导的输出端(输出端)的相反方向传播的电磁波可以被消去。因此，可以从仅特定的输出端来选择性地输出电磁波。顺便提及，在上述的具有两个谐振器的常规电磁波频率滤波器中，可以用下面的方程来计算各在对称模式中的谐振频率ωs和在反对称模式中的谐振频率ωaωs＝ωo-{μ-(l/τe)×sinΦ-(l/τe’)×sinΦ’}ωa＝ωo+{μ-(l/τe)×sinΦ-(l/τe’)×sinΦ’}其中μ是在谐振器之间不通过任何波导的结合能，Φ是在谐振器通过输入波导相互耦合时在谐振器它们之间的相移量，Φ’是在谐振器通过输出波导相互耦合时在谐振器它们之间的相移量，(l/τe)是从谐振器到输入波导的能量的衰减速率，(l/τe)’是从谐振器到输出波导的能量的衰减速率，ωo是在每个谐振器单独存在的情况下的谐振器频率。从上面的方程中可清楚看到，这些模式的谐振频率ωs、ωa彼此基本不同，因此，为了使两个模式的这些谐振频率ωs、ωa彼此一致，必须要满足下面的条件μ-(l/τe)×sinΦ-(l/τe’)×sinΦ’＝0 然而，为了满足上面的条件，需要采用复杂的结构。例如，必须将靠近谐振器的棒的折射率设定为与其他棒的折射率不相同的一个值，或者将靠近谐振器的棒的半径设定为与其他棒相比而言为非常小的一个值。因此，有许多设计限制，而难以设计和制造电磁波频率滤波器。
技术实现思路
考虑到上述问题，本专利技术的目的是提供一种电磁波频率滤波器，其能从输入到输入波导中的多个频率的电磁波中从输出波导的输出端选取预定频率的电磁波，并可由较容本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电磁波频率滤波器，包括：输入波导，其构建为接收输入到所述输入波导的一端的多个频率的电磁波；与所述输入波导并排设置的输出波导；及谐振器，其设置在所述输入波导和所述输出波导之间，所述谐振器具有一谐振频率并与匹配该谐振 频率的预定频率的电磁波谐振以将所述电磁波从所述输入波导传输到所述输出波导，由此允许所述电磁波从所述输出波导的一端的输出端发出；其中所述输入波导具有输入波导侧反射器，其用于在所述输入波导的一端与谐振器的相反侧反射所述谐振频率电 磁波，所述输出波导具有输出波导侧反射器，其用于在所述输出波导的一端的相反侧上反射预定频率的电磁波，所述电磁波频率滤波器满足下述关系：Ｑ↓［ｉｎｂ］／（１－ｃｏｓθ↓［１］）＜＜Ｑ↓［Ｖ］Ｑ↓［ｉｎｂ］／（１－ ｃｏｓθ↓［２］）＝Ｑ↓［ｉｎｒ］／（１－ｃｏｓθ↓［２］）θ↓［１］、θ↓［２］≠２Ｎπ（Ｎ＝０，１，…）其中θ↓［１］是被所述输入波导侧反射器反射而回到所述谐振器附近的电磁波的相移量，θ↓［２］是被所述输出波导侧反射器反 射而回到所述谐振器附近的电磁波的相移量，Ｑ↓［ｉｎｂ］是在所述谐振器和所述输入波导之间的Ｑ因子，Ｑ↓［ｉｎｒ］是在所述谐振器和所述输出波导之间的Ｑ因子，而Ｑ↓［Ｖ］是在所述谐振器和自由空间之间的Ｑ因子。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：野田进，浅野卓，宋奉植，高野仁路，
申请(专利权)人：独立行政法人科学技术振兴机构，松下电工株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]