一种基于椭圆孔的高Q值硅基光子晶体环形腔优化方法技术

本发明专利技术提供一种基于椭圆孔的高Q值硅基光子晶体环形腔优化方法，包括以下步骤：S1、选定完好的二维三角晶格光子晶体，并获取晶格周期和空气孔半径；S2、在光子晶体内按正六边形的形状去除若干个初始空气孔以形成环形腔；S3、以环形腔中心处为基准建立直角坐标系，并获取环形腔内部和外部各初始空气孔的位移；S4、对位于环形腔内边沿拐角处的各初始空气孔进行椭圆化处理以形成椭圆孔；S5、对剩余的各初始空气孔的孔径和位移进行逐一扫描优化处理，以使每一初始空气孔优化后的孔径和位移对所述环形腔的Q值影响均是最高的。本发明专利技术方法步骤简单，能够得到较高Q值的环形腔。能够得到较高Q值的环形腔。能够得到较高Q值的环形腔。

【技术实现步骤摘要】
一种基于椭圆孔的高Q值硅基光子晶体环形腔优化方法


[0001]本专利技术涉及上传下载滤波器和激光器等领域，尤其涉及一种基于椭圆孔的高Q值硅基光子晶体环形腔优化方法。

技术介绍

[0002]20世纪中后期，电子信息技术迅速蓬发，人们的生活迎来了翻天覆地的变化。随着信息化的普及，人们对信息的传输、处理、分析的需求也日益增加，为了满足这一需求，电子器件不断朝向微型化、集成化、芯片化的趋势发展。随着电子芯片集成度越来越高，电子之间的相互作用力也变得越来越强，同时会散发出大量的热，这将显著影响半导体芯片的性能，这些都使传统电子学行业进入“瓶颈期”，半导体芯片再也无法很好的满足人们发展的需求，人们急需找寻一个可以替代的方案。
[0003]为进一步谋求半导体技术的发展，研究者经过实验发现光子传播速度快，在信息的传播中，比电子更具优势，且光子频率的相对带宽较大，这样光子能够承载的信息量更大。且光子的传播不会造成巨大的能量损耗也不会导致散热的问题，其抗干扰性强，在通信过程中更加安全稳定。光子晶体是一个很好的纳米光电器件制作平台，在光子晶体的制作过程中引入缺陷，这些缺陷在光子晶体的光子带隙中形成局域态，在较小的区域内形成较大的光场能量，即可形成光子晶体微腔。光子晶体微腔具有极小尺寸、低功耗、局域特性强等优势，在光学开关、光传感器、生物探测、高性能滤波器等领域中都有着广泛的应用。
[0004]在最近的十多年来，基于空气孔型三角晶格的平板光子晶体的多种形状的微腔被相继提出，其中光子晶体环形腔，它的大小可自由设计，环的半径越大，环形腔的Q值(品质因子)可以越高，然而其有效模式体积也会越大。环形腔有诸多优点，包括：品质因子高、有效模式体积小、设计灵活等等。由于环形腔可以支持多个光学模式，在模式设计、多模应用方面有更大的灵活性。Q值是衡量谐振腔性能好坏的重要指标之一，提高Q值可以增强光与物质的相互作用，从而增强光学非线性，拥有高Q值的微腔在各类应用中优势显著，例如，在光开关中，可以极大地降低开关的功耗，故此为了进一步的提高应用了环形腔特性的设备的使用性能，急需一种优化方法以进一步提高环形腔的Q值。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术的实施例提供了一种基于椭圆孔的高Q值硅基光子晶体环形腔优化方法。
[0006]本专利技术的实施例提供的一种基于椭圆孔的高Q值硅基光子晶体环形腔优化方法，包括以下步骤：
[0007]S1、选定完好的二维三角晶格光子晶体，并获取晶格周期和光子晶体内初始的空气孔半径；
[0008]S2、在所述光子晶体内按正六边形的形状去除若干个初始空气孔以形成环形腔；
[0009]S3、以所述环形腔中心处为基准建立直角坐标系，并获取所述环形腔内部和外部
各初始空气孔的位移；
[0010]S4、对位于所述环形腔内边沿拐角处的各初始空气孔进行椭圆化处理以形成椭圆孔，其中是根据仿真软件得到的最高Q值来确定对应各初始空气孔的椭圆化程度的；
[0011]S5、对剩余的各初始空气孔的孔径和位移进行逐一扫描优化处理，以使每一初始空气孔优化后的孔径和位移对所述环形腔的Q值影响均是最高的。
[0012]进一步地，在步骤S1中，所述二维三角晶格光子晶体是基于SOI的平板光子晶体，其晶格周期为420nm，每一初始空气孔的半径为0.3倍的晶格周期。
[0013]进一步地，在步骤S2中，所述环形腔是在所述光子晶体内按正六边形的形状去除30个初始空气孔形成的。
[0014]进一步地，在步骤S2中，所述环形腔内部的所有初始空气孔沿所述环形腔的中心处形成五个空气孔圈，所述五个空气孔圈自内向外分别为第一圈、第二圈、第三圈、第四圈、以及第五圈，其中所述第一圈是由一个初始空气孔组成且该初始空气孔的孔心与所述环形腔的中心处重合，所述环形腔外部的所有初始空气孔沿所述环形腔的中心处形成两个空气孔圈，所述两个空气孔圈自内向外分别为第六圈和第七圈。
[0015]进一步地，在步骤S4中，所述对位于所述环形腔内边沿拐角处的各初始空气孔进行椭圆化处理以形成椭圆孔具体包括以下步骤：
[0016]对所述第五圈中位于所述环形腔内边沿拐角处的六个初始空气孔分别进行椭圆化处理以形成椭圆孔。
[0017]进一步地，每一所述椭圆孔的半短轴为141.3nm，半长轴为143.3nm。
[0018]进一步地，优化后的所述第一圈中的各空气孔半径均为134nm、所述第二圈中的各空气孔半径均为151nnm、所述第三圈中的各空气孔半径均为116.1nm、所述第四圈中的各空气孔半径均为120.1nm、所述第五圈中除了六个椭圆化后的各空气孔半径均为126nm。
[0019]进一步地，优化后的所述第六圈中位于所述环形腔外边沿沿拐角处的各空气孔的半径均为102.1nm、其余的半径均为122nm。
[0020]进一步地，优化后的所述第七圈中的各空气孔半径均为113.5nm。
[0021]本专利技术的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本专利技术的一种基于椭圆孔的高Q值硅基光子晶体环形腔优化方法，首先以一种较小环半径的环形腔为初始结构，然后对环形腔内边沿拐角处的六个空气孔进行椭圆化以形成椭圆孔，并利用仿真软件计算椭圆化后环形腔的Q值，在椭圆化对环形腔的Q值影响最大时确定六个椭圆孔的尺寸，随后对环形腔内部和外部剩余的各个空气空的半径和位移进行逐一扫描优化处理，并计算对应的Q值，以使每一优化后的空气孔对环形腔的Q值影响最大，进而得到高Q值的环形腔；同时本优化方法步骤简单，可以对不同晶格周期的环形腔进行优化，以得到对应的高Q值环形腔。
附图说明
[0022]图1是本专利技术一种基于椭圆孔的高Q值硅基光子晶体环形腔优化方法的流程图；
[0023]图2是本专利技术一种基于椭圆孔的高Q值硅基光子晶体环形腔优化方法中优化前的环形腔的结构；
[0024]图3是本专利技术一种基于椭圆孔的高Q值硅基光子晶体环形腔优化方法中优化后的环形腔的结构；
[0025]图4是本专利技术中一种基于椭圆孔的高Q值硅基光子晶体环形腔优化方法在进行椭圆化时椭圆化程度与Q值的对应关系示意图；
[0026]图中：1
‑
二维三角晶格光子晶体、2
‑
空气孔、3
‑
环形腔、4
‑
第一圈、5
‑
第二圈、6
‑
第三圈、7
‑
第四圈、8
‑
第五圈、9
‑
第六圈、10
‑
第七圈、11
‑
椭圆孔。
具体实施方式
[0027]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施方式作进一步地描述。
[0028]请参考图1，本专利技术的实施例提供了一种基于椭圆孔的高Q值硅基光子晶体环形腔优化方法，该优化方法包括：
[0029]S1、选定完好的二维三角晶格光子晶体，并获取晶格周期和光子晶体内初始的空气本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于椭圆孔的高Q值硅基光子晶体环形腔优化方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、选定完好的二维三角晶格光子晶体，并获取晶格周期和光子晶体内初始的空气孔半径；S2、在所述光子晶体内按正六边形的形状去除若干个初始空气孔以形成环形腔；S3、以所述环形腔中心处为基准建立直角坐标系，并获取所述环形腔内部和外部各初始空气孔的位移；S4、对位于所述环形腔内边沿拐角处的各初始空气孔进行椭圆化处理以形成椭圆孔，其中是根据仿真软件得到的最高Q值来确定对应各初始空气孔的椭圆化程度的；S5、对剩余的各初始空气孔的孔径和位移进行逐一扫描优化处理，以使每一初始空气孔优化后的孔径和位移对所述环形腔的Q值影响均是最高的。2.如权利要求1所述的一种基于椭圆孔的高Q值硅基光子晶体环形腔优化方法，其特征在于：在步骤S1中，所述二维三角晶格光子晶体是基于SOI的平板光子晶体，其晶格周期为420nm，每一初始空气孔的半径为0.3倍的晶格周期。3.如权利要求1所述的一种基于椭圆孔的高Q值硅基光子晶体环形腔优化方法，其特征在于：在步骤S2中，所述环形腔是在所述光子晶体内按正六边形的形状去除30个初始空气孔形成的。4.如权利要求3所述的一种基于椭圆孔的高Q值硅基光子晶体环形腔优化方法，其特征在于：在步骤S2中，所述环形腔内部的所有初始空气孔沿所述环形腔的中心处形成五个空气孔圈，所述五个空气孔圈自内向外分别为第一圈、第二圈、第三圈、第四圈、以及第五圈，其中所述第一圈是由一个初始空气孔...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘力，付康，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：发明
国别省市：