二维光子晶体腔及通路加/减滤波器制造技术

在２Ｄ光子晶体中，可以制得高Ｑ因子的腔，其中高Ｑ腔与波导的组合提供了具有高分辨率的通路加／减滤波器。在由２Ｄ光子晶体内的点缺陷构成的腔中，２Ｄ光子晶体由一种折射率低于切片的并且尺寸和形状一致的低折射率材料（２）以限定在切片（１）中的二维点阵的布局构成。点缺陷（４）包含大量彼此相邻的三个或多个阵点，在这些阵点中不分布低折射率材料（２）；应布置成对应于至少一个最接近点缺陷（４）的阵点的低折射率材料（２）布置成离开该阵点预定的距离。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及采用光子晶体的腔和通路加/减滤波器，并尤其涉及基于二维光子晶体的腔和通路加/减滤波器的特性的改进。应该理解，在本说明书中，“光”一词的意义还包括相对于可见光有较长或较短波长的电磁波。
技术介绍
近年来随着波分复用(WDM)光通讯系统的发展，以扩大容量的超小加/减滤波器和通路滤波器的重要性正在凸现。因此，在此领域中，正在尝试着通过利用光子晶体开发超小规格的光学加/减滤波器。特别是对于光子晶体，通过利用人工周期结构实现新的光学特性，其中在人工周期结构中，人为地赋予原始材料晶格状的周期性折射率分布。光子晶体的一个重要特征是存在光子带隙。对于具有三维折射率周期性的光子晶体(3D光子晶体)，可以形成在每个方向都禁止光透射的理想带隙。在利用这些晶体的可能性是光的局限、自发辐射的控制以及通过引入线缺陷而形成波导，其中可以预期实现超小光子集成电路。同时，还正在兴起对具有二维周期性折射率结构的光子晶体(2D光子晶体)的用途的研究，因为这种晶体可以比较容易地制造。2D光子晶体中的周期性折射率结构例如可以通过以穿过高折射率片材(通常称作“切片”)的正方形点阵或三角形点阵的几何形状分布。或者，也可以通过在低折射率材料内以2D点阵的几何形状布置由高折射率材料制作的柱来形成该结构。光子带隙可以由这种周期性的折射率结构产生，它能够使在平面方向(平行于切片主面的方向)传播的光的透射得到控制。例如，波导可以通过在周期性的折射率结构中引入线缺陷而建立(例如见Physical.Review B，Vol.62，2000，pp.4488-4492)。图12表示日本待定专利申请JP2001-272555中公开的一种通路加/减滤波器的斜视图。(在本申请的附图中，相同的标识表示同一或等同的部件)。图12所示的通路加/减滤波器采用了2D光子晶体，该晶体构造成在切片1内具有形成在2D三角形点阵顶点处的相同直径的柱状穿孔(通常由空气占据)。在此类2D光子晶体中，通过带隙禁止光在切片1内的平面方向传播，并且由于发生在与低折射率包层(如空气)界面处的内全反射而使光被局限在正交于该平面的方向中(正交于切片的两个主面的方向)。图12中的光子晶体包含由直线缺陷组成的波导3。此直线缺陷3包括彼此相邻的大量阵点的矩形范围，穿孔2散落在这些阵点中。对于能够穿过2D光子晶体中的缺陷的光，可以将直线缺陷用作线性波导。对于线性波导，能以低损耗透过的光的波谱较宽；因此，包含大量信道的信号的很宽波长范围的光都可以从中传播。可以理解，做为波导的直线缺陷的宽度可以根据所需的特性不同地更改。如上所述，通过留下散落在阵点线中的穿孔而获得最典型的波导。不用说，也可以通过在阵点线中留下散落在大量相邻行中的穿孔而创建波导。而且波导在宽度上不限于点阵常数的整数倍，可以有任意的宽度。例如，也可以通过将线性波导任一侧上的点阵移到选择的距离而创建具有选择宽度的波导。图12中所示的光子晶体还包含由点缺陷组成的腔4。点缺陷4包含单个的阵点，并且通过该阵点形成直径比其它阵点大的穿孔。以这种方式包含较大直径穿孔的缺陷通常称作受主型点缺陷。另一方面，穿过散落在阵点中的缺陷通常称作施主型点缺陷。腔4设置成与波导3相邻，处于彼此之间可以发挥电磁相互作用的范围。在如图12所示的2D光子晶体中，如果包含很大波长范围(λ1、λ2、…λi…)的光5进入波导3，则具有对应于腔4谐振频率的特定波长的光在腔中被俘获并同时在点缺陷内部振荡，在正交方向发射波长为λI的光6，其中在切片1的有限厚度中产生的Q因子很小。这意味着图12中的光子晶体可以用作通路减滤波器。相反，通过使光照射到点缺陷4中，在垂直于切片1的方向上于腔4中谐振的波长为λI的光可以进入波导3。这意味着图12中的光子晶体也可以用作通路加滤波器。可以理解，光在波导3或腔4与外部之间的传输可以通过大致在波导端面附近或腔附近设置光纤或光电传感器来进行。当然，在那种情况下，可以在波导端面或腔与光纤端面或光电传感器之间插入准直透镜(准直器)。在如图12所示的光学加/减滤波器中，通过适当地在由线缺陷组成的波导3和由点缺陷组成的腔4之间构成间隔，可以控制在波导和腔之间传输的特定波长的光强比例。另外，在图12中，因为在垂直于切片1的方向上引入相对于点缺陷4的非对称，所以光从点缺陷4以两个垂直方向输出；但也可以通过在平面法线方向上的点缺陷4中引入非对称而使光只从其中一个或其它的垂直方向输出。可以用于引入此类非对称的一种机制例如是一种这样的方法，即截面为圆形的点缺陷4的直径沿切片的厚度连续或不连续地变化。关于图12，虽然图中的通路加/减滤波器只包含单腔，但很容易理解，通过沿波导设置大量振荡波长彼此不同的腔，可以加/减大量信道中的光信号。对于采用如日本待定专利申请JP2001-272555中公开的受主型点缺陷的腔的大约500的Q因子，包含从此类腔中输出的光的峰波长最大半宽(FWHM)约为3nm。但是，正在研究利用多信道信号以大约100GHz、波峰间隔约为0.8nm进行WDM通信。这意味着对于日本待定专利申请JP2001-272555中公开的腔，大的Q因子是不够的，对于3nm的FWHM，该腔完全不足以分开峰波长间隔约为0.8nm的多信道信号。简言之，还需要提高采用2D光子晶体的腔的Q因子以减小其输出的峰波谱的FWHM。
技术实现思路
鉴于常数技术的现状，本专利技术的主要目的在于在2D光子晶体中提供一种高Q腔，并且还在于将此腔与波导组合，从而能够得到具有较高的波长分辨率的通路加/减滤波器。根据本专利技术由二维光子晶体中的点缺陷组成的腔的特点在于点缺陷包含大量的彼此相邻的三到四个阵点，并且在这些阵点中没有分布低折射率材料，其特点还在于应该布置成与最接近该点缺陷的至少一个阵点对应的低折射率材料移开该阵点移预定的距离，而二维光子晶体通过以限定在切片中的二维点阵的形式分布折射率低于切片的低折射率材料构成。此处，否则将布置成与至少一个次邻近点缺陷的阵点对应的低折射率物质可以离开阵点预定的量。另外，最好点缺陷包含六个或更少的阵点。在腔中振荡的光波长可以依据于点缺陷的尺度和形状调节，或者可以通过改变光子晶体的点阵常数来调节。最好点缺陷包含多个链接在一个线段中的大量阵点。可以在穿孔切片的柱中填充低折射率材料。二维点阵中的阵点最好排列成三角形点阵。切片最好具有2.0或更大的折射率。根据本专利技术的包括前述一个或多个腔的通路加/减滤波器，包括一个或多个由二维光子晶体内的线缺陷组成的波导，并且其特征在于该腔设置在一个间隔之内与波导相邻，在该间隔内滤波器与腔之间产生电磁相互作用。通过包含大量振荡频率彼此不同的腔，这类通路加/减滤波器可以用作多信道光通信的通路加/减滤波器。通过下面结合附图的详细描述，本专利技术的前述及其它目的、特点、优点及各个方面对于本领域的技术人员将变得更加清晰。附图说明图1是用于解释根据本专利技术的光子晶体中腔的主要特征的平面图；图2是2D光子晶体中腔的一个实例模拟图像，表示腔中发射的光从垂直于切片方向看时的辐射图案；图3是根据本专利技术的腔的一个实例模拟图像，表示腔中发射的光从垂直于切片方向看时的辐射图案；图4是根据本专利技术的腔的另一个实例模拟图像，表示腔中发射的光从垂直于切片方向看时的辐射图案；图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种由二维光子晶体内的点缺陷组成的腔，该腔在一种二维光子晶体中，该晶体由折射率小于切片的低折射率材料以限定在切片中的具有同一尺寸和形状的二维点阵分布构成，其特征在于所述的点缺陷包含所述点阵中的彼此相邻的多个阵点，并且在所述的多个阵点 中所述分布不包含所述低折射率材料；和在所述的分布中，至少一种低折射率材料从至少一个最接近所述点缺陷的阵点移开预定的距离，而其中所述的至少一种低折射率材料在其他情况下应是对应于那些最接近点缺陷的阵点中的至少一个地分布。

【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]