谐振结构、光电器件及制作方法、光相互作用调控方法技术

本发明专利技术公开了一种谐振结构、光电器件及制作方法、光相互作用调控方法，其中，该谐振结构具有至少两组谐振模式，该谐振模式具有独立调节的谐振频率和谐振参数，不同组谐振模式位于同一微腔结构中，且不同组谐振模式的谐振光场在空间分布上相互重叠。本发明专利技术的谐振腔结构具有多重谐振特性，即其不同组谐振模式的谐振频率可以分别独立调节，从而可使其与光电器件中多个不同频率的窄带内的光子及其所涉及的光相互作用过程进行匹配来进行调控，进而实现光电器件中光相互作用的调控，克服了传统光学谐振腔只能在单个很窄的窄带内的光子及其所涉及的光相互作用过程进行调控，增加了光相互作用的调控范围，大大的提高了光学器件的适配性。性。性。

【技术实现步骤摘要】
谐振结构、光电器件及制作方法、光相互作用调控方法


[0001]本专利技术涉及光电谐振
，具体来说，涉及一种谐振结构、光电器件及制作方法、光相互作用调控方法。

技术介绍

[0002]绝大多数光电器件(如激光器、发光二极管、探测器、光电调制器和非线性光学器件等)的工作原理都基于器件中光与物质的相互作用(或称光相互作用)来实现的。而影响光与物质相互作用的重要因素除了物质本身的化学构成和介观形态，还有物质所处环境的光子态密度(或光学谐振模式)。利用光学谐振腔来设计光子态密度的空间和频率分布，进而调控其中光与物质的相互作用便成为发展各种光电器件和提高其性能的重要途径，尤其是对微型化的光电器件。
[0003]目前，在许多光电器件中常用的光学谐振腔结构包括：基于光波导断面反射或多层介质反射膜结构的Fabry
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Perot谐振腔、基于波导光栅的分布式布拉格(DBR)谐振腔和分布自反馈式(DFB)谐振腔、基于回音壁模式(WGM)的环型/圆盘型/微球型谐振腔、以及基于光子晶体局部缺陷的谐振腔等等。
[0004]对于绝大多数光电器件，其内的光相互作用一般都涉及到至少两种不同频率光子之间、光子与物质内处于不同能级的电子之间的能量转移和转换。例如，对于“自发发射”或“受激发射”的光致发光实际上是一个“激发
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发光”过程，其中涉及到不同频率的光子(激发光、发射光)以及发光物质内电子在能级间的跃迁和弛豫过程。又如，对于一些非线性光学效应(如拉曼散射与布里渊散射、混频/和频/差频、光折变、参量放大与参量振荡、以及如稀土离子的上转换发光等)，也是涉及到多种不同频率的光子在其中与物质间的相互作用。
[0005]通过光学谐振腔或谐振结构对其中光学模式的控制可用来调控其中光与物质相互作用过程中光子的数目/强度、物质能级系统内电子的布居和自旋状态、以及相互作用的耦合强度。
[0006]然而，传统的谐振结构(即“单重谐振”微腔结构)基本上都是具有单重谐振特性，一般只在单频模式下对单一的电子跃迁或光相互作用过程进行调控，因为对于一个给定的谐振腔结构，即便是它具有多级谐振模式，但是它们的各级谐振模式之间还是内禀关联的；从而导致不能通过调节谐振腔结构和材料参数来独立地调节两个或多个不同级数模式的谐振频率位置，使它们与光相互作用中所涉及光子的各个频率相匹配，进而只能对光电器件中对在很窄带宽内频率相近的光子或该光子所涉及的光相互作用过程进行调控。
[0007]针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是提出一种谐振结构、光电器件及制作方法、光相互作用调控方法，以解决现有相关技术中的上述技术问题，能够实现光电器件中的光相互作用的调控。
[0009]本专利技术的技术方案是这样实现的：
[0010]根据本专利技术的一个方面，提供了一种谐振结构。
[0011]该谐振结构具有至少两组谐振模式，该谐振模式具有独立调节的谐振频率和谐振参数，不同组谐振模式位于同一微腔结构中，且不同组谐振模式的谐振光场在空间分布上相互重叠。
[0012]其中，所述谐振结构为具有多重谐振特性的复合光栅结构。所述复合光栅结构由多个具有不同周期的光栅结构叠加组合形成。
[0013]可选的，所述复合光栅结构的界面形貌由多个不同周期的光栅结构的界面形貌叠加形成，或所述复合光栅结构的由不同周期的光栅结构构成，且复合光栅结构的界面形貌由该不同周期的光栅结构的界面形貌运算组合形成。
[0014]可选的，所述复合光栅结构的不同周期光栅结构包括一维周期光栅结构、二维周期光栅结构、三维周期光栅结构，所述复合光栅结构的界面形貌包括余弦型界面形貌、方波型界面形貌、三角型界面形貌、梯形界面形貌、锯齿形界面形貌。
[0015]根据本专利技术的另一方面，提供了一种光学器件。
[0016]该光学器件具有上述的谐振结构，且光学器件的有源物质和光相互作用中所涉及的光子靠近或处于谐振结构的内部。
[0017]其中，所述谐振结构位于光电器件中光波导层的边界或与该光波导层相邻的材料介质层的边界。或所述谐振结构的多个具有不同周期的光栅结构分别位于光电器件的光波导层的不同边界或同一边界的不同位置。
[0018]根据本专利技术的又一方面，提供了一种光学器件的制作方法，
[0019]该光学器件的制作方法用于上述光学器件的制作，包括：通过光刻方法将谐振结构光刻至光学器件的光波导层的边界或与该光波导层相邻的介质层的边界，其中，所述光刻方法包括：基于全息干涉曝光光刻方法、紫外光刻方法、电子束曝光光刻方法、聚焦离子束刻蚀方法、激光直写光刻方法。
[0020]根据本专利技术的又一方面，提供了一种光学器件的光相互作用调控方法，
[0021]该光学器件的光相互作用调控方法中光学器件为上述的光学器件，且包括：确定光学器件中光相互作用中所涉及的各个光子的频率；根据各个光子的频率，调节谐振结构的不同组谐振模式的谐振频率和谐振参数，促使该谐振频率和谐振参数与光相互作用中所涉及的各个光子的频率相匹配，来完成光相互作用调控。
[0022]有益效果：本专利技术的谐振腔结构具有多重谐振特性，即其不同组谐振模式的谐振频率可以分别独立调节，从而可使其与光电器件中多个不同频率的窄带内的光子及其所涉及的光相互作用过程进行匹配来进行调控，进而实现光电器件中光相互作用的调控，克服了传统光学谐振腔只能在单个很窄的窄带内的光子及其所涉及的光相互作用过程进行调控，增加了光相互作用的调控范围，大大的提高了光学器件的适配性。
附图说明
[0023]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0024]图1是根据本专利技术实施例的由余弦型周期光栅组合而成的多重谐振复合光栅结构的横截面结构示意图；
[0025]图2是根据本专利技术实施例的由方波型周期光栅组合而成的多重谐振复合光栅结构的横截面结构示意图；
[0026]图3是根据本专利技术实施例的具有多重谐振复合光栅结构(复合光栅结构位于光电器件中具有高折射率的光波导层的边界)的光电器件的横截面结构示意图；
[0027]图4是根据本专利技术实施例的具有多重谐振复合光栅结构(复合光栅结构位于光电器件中与具有高折射率的光波导层相邻的另外一个介质层的边界)的光电器件的横截面结构示意图；
[0028]图5是根据本专利技术实施例的具有不同类型多重谐振复合光栅结构(复合光栅结构位于光电器件中具有高折射率的光波导层的上下两个边界)的光电器件的横截面结构示意图；
[0029]图6是根据本专利技术实施例的具有不同类型多重谐振复合光栅结构(在高折射率光波导层的上下两个边界分别存在具有不同周期的余弦型光栅结构)的光电器件的横截面结构示意图；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种谐振结构，其特征在于，所述谐振结构具有至少两组谐振模式，该谐振模式具有独立调节的谐振频率和谐振参数，不同组谐振模式位于同一微腔结构中，且不同组谐振模式的谐振光场在空间分布上相互重叠。2.根据权利要求1所述的谐振结构，其特征在于，所述谐振结构为具有多重谐振特性的复合光栅结构。3.根据权利要求2所述的谐振结构，其特征在于，所述复合光栅结构由多个具有不同周期的光栅结构叠加组合形成。4.根据权利要求3所述的谐振结构，其特征在于，所述复合光栅结构由多个具有不同周期的光栅结构叠加组合形成包括：所述复合光栅结构的界面形貌由多个不同周期的光栅结构的界面形貌叠加形成，或所述复合光栅结构的由不同周期的光栅结构构成，且复合光栅结构的界面形貌由该不同周期的光栅结构的界面形貌运算组合形成。5.根据权利要求3所述的谐振结构，其特征在于，所述复合光栅结构的不同周期光栅结构包括一维周期光栅结构、二维周期光栅结构、三维周期光栅结构，所述复合光栅结构的界面形貌包括余弦型界面形貌、方波型界面形貌、三角型界面形貌、梯形界面形貌、锯齿形界面形貌。6.一种光电器件，其特征在于，所述光电器件具有权利要求1
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6中任意一项所述的谐振结构，...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙志军，
申请(专利权)人：厦门大学九江研究院，
类型：发明
国别省市：