一种交叉波导结构的光子晶体光学路由器制造技术

本发明专利技术涉及一种交叉波导结构的光子晶体光学路由器。该路由器为方形晶格介质柱类型的二维光子晶体，其由特殊设计的X形交叉波导以及置于其端口的两个水平输入和输出波导构成，整个结构呈上下对称分布。选择合适的交叉波导中心处的四个介质柱的折射率，该结构可以同时实现不同波长的输入光分别在两个输出波导中的传输。此外，灵活调控交叉波导中心处的四个介质柱的折射率，还可以实现输入光在两个输出波导输出方向切换的功能，以及作为分束器实现输入光在两个输出波导中的分束传输。与目前的交叉波导结构的光子晶体路由器相比，该结构实现的路由功能更丰富，且具有结构简单，传输效率高，尺寸小等特点，在全光通信及片上网络中具有重要应用。具有重要应用。具有重要应用。

【技术实现步骤摘要】
一种交叉波导结构的光子晶体光学路由器


[0001]本专利技术涉及一种交叉波导结构的光子晶体光学路由器，可以作为分束器应用于光通信系统以及在光学片上网络中实现多处理器之间的信号传输。

技术介绍

[0002]随着片上光通信技术的迅速发展，光学路由器作为光通信系统的核心器件，其传输性能将直接影响片上各处理器之间的通信质量，受到研究者的重点关注。交叉波导结构作为路由器的重要组成部分，成为研究热点。理想的光学路由器应具有结构简单、尺寸小、易于制备、传输效率高及灵活调控等特性。
[0003]现有技术1(参见Optics Express,Yoshinori Watanabe,Yoshimasa Sugimoto,2006,14(20):9502
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9507.)描述的是一种三角形晶格介质柱类型的X形交叉波导结构。通过拓扑优化思想设计该结构实现了光在输入波导中前向直通传输，具有较高的透射率。但该设计结构在交叉波导中心处有多个介质柱为不规则形状，结构复杂，不利于实际制备。
[0004]现有技术2(参见Applied Physics Letters,Yi Yu,Mikkel Heuck,Sara Ek.2012,101(25):251113.)描述的是一种三角形晶格介质柱类型的四端口光子晶体腔
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波导结构，两条交叉波导在谐振腔处相交，谐振腔由移除中心一个介质柱及移动其相邻的18个介质柱构成。该结构实现了1531.5nm和1605.7nm波长光分别单独在两个波导内的高透射直通传输。为了便于谐振耦合，其中一个波导长度为900μm，以与谐振腔进行模式匹配，因而器件的整体尺寸较大。
[0005]现有技术3(参见AppliedPhysics Letters,ChengHe,Xiao
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Lin Chen,Ming
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Hui Lu.2010,96(11):121133.)描述的是一种基于旋磁光子晶体边缘模式的可调谐单向交叉波导分束器。其结构以中心介质柱为坐标原点，一三象限区域为方形晶格结构，二四象限区域为三角晶格结构，且不同晶格结构采用不同的材料。对单一频率的光，调整中心介质柱的折射率或半径可以实现该频率光从上、下两个不同端口的选择输出，以及实现50:50的分束比传输。此外，调控外部磁场的方向，可以调控光波的输入和输出端口。该光子晶体为异质结构，且由不同材料构成，实际制备的复杂性大大增加。
[0006]现有技术4(参见Journal of Lightwave Technology,Kiazand Fasihi，Shahram Mohammadnejad.2009,27(6):799
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805.)描述的是一种方形晶格介质柱的水平正交波导结构，其中心引入多个不同半径大小的介质柱构成谐振腔，实现了200fs宽度、波长1550nm脉冲光波的低串扰无失真的直通传输。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是为了克服上述现有技术的不足，提供一种结构简单，功能丰富，性能优异且具有尺寸小，光学功能调控灵活的交叉波导结构的光子晶体路由器。
[0008]为了达到上述目的，本专利技术的构思是：采用方形晶格介质柱类型的二维光子晶体为基本结构，在该结构中心移除部分介质柱，并移动相关介质柱，构成两条与水平方向呈
45
°
的波导，形成X形正交交叉波导结构，同时在其端口移除介质柱构成水平输入和输出波导，调控交叉中心处的关键介质柱折射率，以实现多波长光波在不同输出端口的输出、灵活切换和分束器功能。
[0009]根据上述的专利技术构思，本专利技术的具体技术解决方案如下：
[0010]一种交叉波导结构的光子晶体光学路由器，所述光学路由器基本结构是方形晶格介质柱类型的二维光子晶体，包括第一水平输入波导和第二水平输入波导，第一水平输出波导和第二水平输出波导，以及X形交叉波导，且四个水平波导分别与X形交叉波导的四个端口相接，所述X形交叉波导通过两条与水平方向呈45
°
的波导正交形成，整个结构呈上下对称分布。
[0011]所述X形交叉波导中的两条交叉波导的宽度为两条交叉波导边缘位置的介质柱间距为其中a为背景介质柱的晶格常数。
[0012]所述X形交叉波导中的两条交叉波导交叉中心位置处的第二关键介质柱和第四关键介质柱的半径相等，但与背景介质柱的半径不同。
[0013]整个结构为上下对称分布，因而输入光从第一水平输入波导和第二水平输入波导中的任何一个波导进行输入。
[0014]通过选择合适的X形交叉波导中心位置处的第一关键介质柱、第二关键介质柱、第三关键介质柱和第四关键介质柱的折射率，能够实现不同波长的输入光同时分别在第一水平输出波导和第二水平输出波导中的传输；能够实现输入光在第一水平输出波导和第二水平输出波导的输出方向的切换；能够实现对特定波长的输入光在第一水平输出波导和第二水平输出波导中的分束传输。
[0015]与现有技术相比，本专利技术具有如下的优点：
[0016]在结构方面，本专利技术结构采用的是单一的方形晶格介质柱类型的X形交叉波导，相比现有技术1中通过拓扑优化设计得到的不规则介质柱形状结构、现有技术3的不同材料的异质结构、现有技术2和4的在交叉波导中心引入额外的耦合腔的光子晶体结构，本专利技术结构更简单，更易于实际制备，尺寸也更小。在路由功能方面，现有技术1、2和4仅实现的是光在单个波导中的直通传输，现有技术3实现的是单波长光在两个不同端口的选择输出，以及实现50:50的分束比传输。本专利技术结构实现的是多个不同波长的输入光同时分别在两个输出波导中的传输；输入光在两个输出波导输出方向切换的功能以及特定波长的输入光在两个输出波导中的分束传输功能，因而本专利技术结构路由功能更丰富，且具有灵活调控的特点。综上，本专利技术基于交叉波导结构的光子晶体光学路由器具有结构简单、易于实现、尺寸小、功能丰富及灵活调控等突出特点。
附图说明
[0017]图1为基于交叉波导结构的光子晶体光学路由器的结构示意图。其中1
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1和1
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2为水平输入波导，2
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1和2
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2为水平输出波导，3为X形交叉波导，a为晶格常数，四个端口分别以A、B、C和D表示。
[0018]图2为X形交叉波导的结构示意图。其由两条与水平方向呈45
°
的波导正交形成，交叉波导的宽度为交叉波导边缘位置，即图中白色矩形框所示区域的介质柱间距为
交叉中心处的四个关键介质柱分别以第一关键介质柱3.1，第二关键介质柱3.2，第三关键介质柱3.3，第四关键介质柱3.4表示。
[0019]图3为本专利技术实施例1的光学路由器在端口B和D的归一化透射谱。
[0020]图4为本专利技术实施例1的光学路由器的光场分布图。(a)波长为1420nm，(b)波长为1520nm，(c)波长为1550nm。
[0021]图5为本专利技术实施例2的光学路由器，当在输本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种交叉波导结构的光子晶体光学路由器，其特征在于，所述光学路由器基本结构是方形晶格介质柱类型的二维光子晶体，包括第一水平输入波导(1
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1)和第二水平输入波导(1
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2)，第一水平输出波导(2
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1)和第二水平输出波导(2
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2)，以及X形交叉波导(3)，且四个水平波导分别与X形交叉波导(3)的四个端口相接，所述X形交叉波导(3)通过两条与水平方向呈45
°
的波导正交形成，整个结构呈上下对称分布。2.根据权利要求1所述的交叉波导结构的光子晶体光学路由器，其特征在于，所述X形交叉波导(3)中的两条交叉波导的宽度为两条交叉波导边缘位置的介质柱间距为其中a为背景介质柱的晶格常数。3.根据权利要求1所述的交叉波导结构的光子晶体光学路由器，其特征在于，所述X形交叉波导(3)中的两条交叉波导交叉中心位置处的第二关键介质柱(3.2)和第四关键介质柱(3.4)的半径相等，但与背景介质柱的半径不同。4...

【专利技术属性】
技术研发人员：张娟，赵明伟，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：