二维光子晶体谐振腔和信道分插滤波器制造技术

在二维光子晶体中，可获得具有高Ｑ值的谐振腔，其中将此高Ｑ值谐振腔与波导相结合可提供具有高波长分辨率的信道分插滤波器。在由２Ｄ光子晶体中的点缺陷形成的谐振腔中，２Ｄ光子晶体是通过在条板（１）中确定的二维点晶格中将相对条板（１）具有低折射率（２）并且具有完全相同的大小和形状的低折射率物质（２）进行排列而形成的。点缺陷（４）包含多个三个或三个以上的互相邻接的晶格点，并且在这些晶格点上不排列低折射率的物质（２）；其中应当排列成对应于晶格点中的至少一个最靠近点缺陷（４）的晶格点的低折射率物质（２）的尺寸是可以从预先确定的尺寸进行改变的。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及采用光子晶体的谐振腔和信道分插滤波器，并且特别涉及基于二维光子晶体的谐振腔和信道分插滤波器在特性上的改进。应该理解，在本说明书中术语“光”的含义也包括波长比可见光波长或长或短的电磁波。
技术介绍
随着近几年波分复用(WDM)光通信系统的发展，超小型分插滤波器和大容量的信道滤波器的重要性正在增加。于是，在这个领域，就尝试使用光子晶体来发展非常小尺寸的光学分插滤波器(add/drop filter)。特别是，使用光子晶体能够通过采用人工周期结构实现新的光学性质，在此种结构中可在母材中以人工方式赋予类似晶格的周期变化的折射率分布。光子晶体的一个重要的特点是光子带隙的存在。利用具有三维的折射率周期变化(3D光子晶体)的光子晶体，可以形成在每个方向都禁止光传输的完全带隙。利用这些晶体的可能性包括光的局部限制、自发射控制以及波导的形成(藉助引入线缺陷)，其中可预期能够实现超小型光子集成电路。同时，对具有二维周期性折射率分布结构(2D光子晶体)的光子晶体的使用的研究正不断发展，因为制作此晶体相对容易。在2D光子晶体中形成一个折射率具有周期性的结构，例如，可通过将高折射率板材(通常称为“条板”)贯穿形成的空气柱排列成为方形晶格(lattice)或者三角形晶格的几何形状而形成。另一种方法是这一结构可通过在低折射率材料中将由高折射率材料制作的条柱排列成为2D晶格几何形状而形成。从这种折射率周期变化的结构可产生光子带隙，能使光传输是沿着要控制的共面方向(与条板的两个主面都平行)上进行。比如，可通过在折射率周期变化的结构中引入线缺陷而制作波导。(比如，参考Physical Review B，Vol.62，2000，pp.4488-4492)。图10以倾斜示意图方式示出了在日本公开特许公报No.2001-272555中公开的信道分插滤波器。(在本申请附图中同样的标号表示相同或等效的部件)。图10的信道分插滤波器示出一个配置于条板1上的2D光子晶体，其结构包括在2D三角形晶格顶点处形成的直径相同的圆柱形通孔2(通常充满空气)。在此种2D光子晶体中光在条板1的共面方向上的传播受到带隙的禁止，并且在平面的法线方向(与条板的两个主面正交的方向)上的传播由于在和低折射率包层(比如，空气)的界面上发生的全内反射而受到限制。图10中的光子晶体包含一个由直线缺陷组成的波导3。此直线缺陷3包括直线延伸的多个互相邻接的晶格点，在这些晶格点中通孔2缺失。由于光可以通过在2D光子晶体中的缺陷传播，此直线缺陷可以用作线性波导。采用线性波导时，可以以低损耗传输的波长谱比较宽；结果在包含多个信道中的信号的很宽波长范围内的光可通过其进行传播。应该认识到，作为波导的直线缺陷的亮度可根据所要求的特性而进行各种改变。如上所述，最典型的波导可通过使晶格点线中的一行上的通孔缺失而得到。不过，也可以通过使通孔在晶格点线中的多个相邻行中缺失而制得。此外，波导在宽度上并不限于晶格常数的整数倍，而可以是任意的宽度。比如，可以通过使线性波导两侧上的晶格相对移动到所选择的距离而制作出具有选择宽度的波导。图10中示出的光子晶体还包含一个由点缺陷构成的谐振腔(cavity)4。此点缺陷4包含一个单晶格点，并且通过该晶格点形成一个直径比其他晶格点大的通孔。以这种方式包含一个比较大的直径的通孔的缺陷一般称为受主型点缺陷。另一方面，在晶格点中通孔缺失的缺陷一般称为施主型点缺陷(donor-type point defect)。谐振腔4设置为与波导3相邻接，并间隔使谐振腔4与波导3可以产生电磁交互影响的距离。在图10所示的这种2D光子晶体中，如果将包含多个波长范围(λ1，λ2，...λi，...)的光线5引入到波导3中，具有与谐振腔4的谐振频率相对应的特定波长λi的光线在谐振腔中被俘获，并且在点缺陷的内部谐振的同时波长为λi的光线6在法面方向上射出，由于条板1的厚度有限其Q值很小。这意味着图10中的光子晶体可以用作信道分波滤波器。与此相反，通过使光线照射到点缺陷4，在与条板1垂直的方向上，在谐振腔4内谐振的波长为λi的光线可引入到波导3。这意味着图10中的光子晶体也可以用作信道插波滤波器。可以理解，在波导3或谐振腔4和外部之间的光传递可通过将光纤或光电变换器设置于波导端面附近或谐振腔附近而发生。当然，在此场合在波导端面或谐振腔，和光纤端面或光电变换器之间可插入一个准直透镜(准直器)。在图10所示的这种光学分插滤波器中，通过适当配置由线缺陷(linedefect)构成的波导3和有点缺陷(point defect)构成的谐振腔4之间的间隔，可以控制在波导和谐振腔之间传递的特定波长中的光强度比率。还是在图10中，由于对于点缺陷4在条板1的法线方向上未引入不对称性，光从点缺陷4在两个垂直方向上都输出；但是通过在法面方向上在点缺陷中引入不对称性，可以使光只在一个方向上或另一个垂直方向上输出。下面的这种方法就是可以用来引入这种不对称性的机制的例子，即将剖面为圆形的点缺陷4的直径作成为沿着条板的厚度连续或不连续改变。另外，关于图10，虽然图中的信道分插滤波器只包含一个谐振腔，但可以理解，通过沿着波导设置多个谐振波长互相不同的谐振腔，可以对多个信道的光学信号进行分插。在采用如日本公开特许公报No.2001-272555中公开的受主型点缺陷的谐振腔的Q值约为500时，包含从这种谐振腔发出的光输出的峰值波长半最大值全宽(FWHM)约为3nm。不过，对具有峰值波长间隔大约为0.8nm的约100GHz的WDM通信用的多信道信号的使用正在进行研究。这意味着在采用如日本公开特许公报No.2001-272555中公开的谐振腔时，Q值的大小是不够的，而在采用3nm的FWHM时，此谐振腔根本不适合使峰值波长间隔大约为0.8nm的多信道信号互相分开。简言之，现在需要提高采用2D光子晶体的谐振腔的Q值，以减小其输出的峰值波长谱的FWHM。
技术实现思路
有鉴于现有技术的这种状况，本专利技术的主要目的在于在2D光子晶体中提供高Q值，并且将这样的谐振腔与波导相结合以使信道分插滤波器可以具有高波长分辨率。根据本专利技术的由2D光子晶体中的点缺陷形成的谐振腔，其中2D光子晶体是通过在条板中确定的二维点晶格中将相对条板具有低折射率并且具有完全相同的大小和形状的低折射率物质进行排列而形成的，特征在于点缺陷包含多个三个或三个以上的互相邻接的晶格点，并且在这些晶格点上不排列低折射率的物质；其中应当排列成对应于晶格点中的至少一个最靠近点缺陷的晶格点的低折射率物质的尺寸是可以从预先确定的尺寸进行改变的。这里，低折射率物质的尺寸从所述预先确定的尺寸改变，所述低折射率物质应应当被排列成对应于第二靠近点缺陷的晶格点中的至少一个。另外，优选的方案是点缺陷包含六个或少于六个晶格点。在谐振腔中谐振的光的波长可取决于点缺陷的尺寸和形状而进行调节，或是通过改变光子晶体的晶格常数进行调节。优选的方案是点缺陷包含排列成线段的多个晶格点。低折射率物质可填充到贯穿条板的柱体。二维晶格中的点最好是排列成为三角形晶格形状。条板的折射率最好是2.0或更大。根据本专利技术的如上所述包含一个或一个以上的谐振腔的信道分插滤波器包含一个或一个以上的由二维光子晶体中的线缺陷形本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种由在二维光子晶体中的点缺陷形成的谐振腔，二维光子晶体是通过在条板中确定的二维晶格点的规则部分中，排列相对于所述条板具有低折射率并且具有预先确定的完全相同的尺寸和形状的低折射率物质而形成的，其中：所述点缺陷包含多个三个或三个以上的 互相邻接的所述晶格点，并且在所述多个三个或三个以上的晶格点上，在所述排列中所述低折射率的物质缺失；以及在所述排列中，所述低折射率物质中的至少一个的尺寸从所述预先确定的尺寸改变，所述低折射率物质中的所述至少一个应被排列成对应于最靠近所 述点缺陷的所述晶格点中的一个。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：野田进，浅野卓，赤羽良启，
申请(专利权)人：京都大学长，住友电气工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]