一种基于Rudin-Shapiro光子晶体对的可调多通道光子滤波器制造技术

本发明专利技术提供了一种基于Rudin

【技术实现步骤摘要】
一种基于Rudin
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Shapiro光子晶体对的可调多通道光子滤波器


[0001]本专利技术属于光学
，涉及一种基于Rudin
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Shapiro光子晶体对的可调多通道光子滤波器。

技术介绍

[0002]将折射率不同的电介质薄片在空间呈周期性排列，可以构成一维、二维或三维光子晶体。光子晶体具有能带结构，该特性可被用于对光波的全透射或全反射。带缺陷光子晶体带隙中存在缺陷模，缺陷模也是一种透射模。缺陷模的透射率极大，而反射极小。缺陷可以增强电场的局域性，从而提高光波的共振输出。
[0003]准周期光子晶体也具有能带结构，其有序性介于周期性光子晶体和非周期光子晶体之间。准周期光子晶体中存在天然的缺陷层，常被用于获得缺陷模输出。另外，准周期光子晶体中缺陷模的数量可以随光子晶体序数增加而迅速地扩展，且这些缺陷模具有自相似特性。该现象也叫光学分形效应，对应的共振模也叫光学分形态。光学分形效应可应用于电场局域、反射增强、激光器和滤波器等。
[0004]特别地，根据幅频特性的不同，滤波器可分为带通、带阻、低通和高通四种类型。在波分复用技术中，需要对多信道进行滤波，这就要用到多通道滤波器。传统的光波分复用器是通过调控光纤光栅的空间周期来实现对信道的分离。人造光子晶体的兴起，为多通道滤波器的设计带来新的启发。
[0005]一般地，光子晶体一旦形成，则缺陷模的位置就固定下来，很难再对缺陷模的中心频率进行调控。石墨烯是一种超薄的二维材料，其表面电导率可以通过石墨烯的化学势灵活地调控。当把石墨烯等效成一定厚度的电介质时，石墨烯的等效折射率是石墨烯化学势的函数。因此，可以通过石墨烯的化学势来灵活地调控其等效折射率，从而改变结构的透射率，达到调控共振模的中心频率的目的。
[0006]在数学上，二元Rudin
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Shapiro(RS：鲁丁
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夏皮诺)序列是一种准周期序列，其对应的RS光子晶体是一种准周期光子晶体。在RS光子晶体中，存在一系列的透射模，对应着光学分形态。将光学分形效应应用于多通道光滤波器中，信道的数量随RS序列的序号的增加而增加。但是，在RS的光子晶体中，缺陷模的共振性较弱，即各信道的频率选择性较差。为提高信道的频率选择性，考虑将两个RS光子晶体沿同一轴线顺次排列，形成RS光子晶体对；整个结构关于中心原点对称，类似于一个分布反馈布拉格光栅。因此，相对于单一的RS光子晶体，RS光子晶体对对频率选择性更强。再将石墨烯插入到RS光子晶体中，形成复合结构，则可以通过石墨烯的化学势来灵活地调控滤波通道的中心频率和透射率。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是针对现有的技术存在的上述问题，提供一种基于Rudin
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Shapiro光子晶体对的可调多通道光子滤波器，本专利技术所要解决的技术问题是使多层结构可用具有
多波长共振的光学分形态的于光子滤波器。
[0008]本专利技术的目的可通过下列技术方案来实现：一种基于Rudin
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Shapiro光子晶体对的可调多通道光子滤波器，其特征在于，包括对称分布的两个Rudin
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Shapiro光子晶体和若干石墨烯单层G，所述Rudin
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Shapiro光子晶体包括若干第一电介质层H和若干第二电介质层L，所述多通道光子滤波器的多层结构表示为：HGHGHGLGHGHGLGHGHGLGHGHGLGHGHGH，所述第一电介质层和第二电介质层分别为两种折射率高、低不同的均匀电介质薄片，所述第一电介质层和第二电介质层的厚度分别为各自光学波长的1/4。
[0009]进一步的，所述第一电介质层为高折射率材料碲化铅，所述第二电介质层为低折射率材料冰晶石。
[0010]进一步的，所述多通道光子滤波器的信道的中心波长和透射率通过石墨烯单层的化学势调控。
[0011]进一步的，所述多通道光子滤波器的信道的中心波长和透射率通过入射角调控。
[0012]将折射率高、低不同的两种电介质薄片H和L，按照二元Rudin
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Shapiro(RS：鲁丁
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夏皮诺)序列依次排列，形成一个RS光子晶体对；再将石墨烯嵌入到相邻两电介质薄片的分界面处，形成复合结构。该结构关于原点对称，类似于一个分布反馈布拉格光栅。
[0013]RS光子晶体对与石墨烯复合结构中存在多波长共振的光学分形态，对应着一系列的透射模；相对于单一的RS光子晶体，RS光子晶体对中的光学分形态共振性更强，频率选择性更强；这些光学分形态可用于多通道光子滤波器，信道的数量可以通过增加RS序列的序号来扩展；信道的中心波长和透射率可以通过石墨烯的化学和入射角来灵活地调控。
附图说明
[0014]图1是序号N＝3的RS光子晶体对与石墨烯复合结构示意图。
[0015]图2是不同序号的RS光子晶体结构示意图。
[0016]图3是不同序号的RS光子晶体对与石墨烯复合机构中光波的透射谱[(a)图、(b)图和(c)图分别对应的RS光子晶体对的序号分别为N＝2、3和4]。
[0017]图4石墨烯化学势对复合结构中透射谱的影响(序列序号N＝3)；其中(a)图中的化学势μ＝0.3eV、(b)图中的化学势μ＝0.4eV、(c)图中的化学势μ＝0.5eV。
[0018]图5中的(a)图是透射峰P2的透射率随石墨烯的化学势变化关系；图5中的(b)图是透射峰P2的中心波长随石墨烯的化学势变化关系。
[0019]图6是序号N＝3时不同入射角对应的RS光子晶体对与石墨烯复合结构中的透射谱。
[0020]图7中(a)图是透射峰P1的透射率随入射角的变化关系；图7中(b)图是透射峰P1的中心波长随入射角的变化关系。
[0021]图中，H、第一电介质层；L、第二电介质层；G、石墨烯单层。
具体实施方式
[0022]以下是本专利技术的具体实施例并结合附图，对本专利技术的技术方案作进一步的描述，但本专利技术并不限于这些实施例。
[0023]图1给出的是序列序号N＝3的二元Rudin
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Shapiro(RS：鲁丁
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夏皮诺)光子晶体对
与石墨烯的复合结构示意图。该RS光子晶体对可表示成：HHHLHHLHHLHHLHHH，其中字母H、L分别表示两种折射率高、低不同的均匀电介质薄片。序号N＝3的RS光子晶体可表示成：HHHLHHLH。再将石墨烯嵌入到相邻两层电介质薄片的分界面处，用G表示单层石墨烯。该复合结构可以表示成HGHGHGLGHGHGLGHGHGLGHGHGLGHGHGH。可见，该复合结构关于原点呈对称分布，类似于一个分布反馈布拉格光栅。
[0024]在RS光子晶体对中，H为高折射率材料碲化铅，其折射率为n
H
＝4.1；L为低折射率材料冰晶石，其折射率为n
L
＝1.35。H和L的厚度均为1/4光学波长，即H的厚度为d...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于Rudin
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Shapiro光子晶体对的可调多通道光子滤波器，其特征在于，包括对称分布的两个RS光子晶体和若干石墨烯单层G，所述RS光子晶体包括若干第一电介质层H和若干第二电介质层L，所述第一电介质层和第二电介质层分别为两种折射率高、低不同的均匀电介质薄片，所述第一电介质层和第二电介质层的厚度分别为各自光学波长的1/4，所述多通道光子滤波器的多层结构表示为：HGHGHGLGHGHGLGHGHGLGHGHGLGHGHGH。2.根据权利要求1所述一种基于Rudin
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Shap...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘芳华，
申请(专利权)人：湖北科技学院，
类型：发明
国别省市：