基于光纤到户应用的光子晶体三重波分复用器制造技术

一种基于光纤到户应用的光子晶体三重波分复用器，采用高折射率平板上六角晶格空气孔排列的二维光子晶体，光子晶体三重波分复用器包括四根光子晶体线缺陷波导和两个光子晶体点缺陷微腔；四根光子晶体线缺陷波导分别是输入波导、第一通道、第二通道以及第三通道；其中一个缺陷微腔为波长１４９０ｎｍ下路微腔，另一个缺陷微腔为波长１３１０ｎｍ下路微腔，　两个微腔分别放置在输入波导两侧；第二通道和第三通道分别与１３１０ｎｍ下路微腔和１４９０ｎｍ下路微腔相连，输入波导末端与第一通道通过折叠定向耦合器相连。本发明专利技术便于制作、实用性强、具有微米量级并能应用到光纤到户接入网中。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及三重波分复用器(Triplexer)，适用于未来的光纤到户(FTTH)接入网 中。
技术介绍
光三重波分复用器对无源光网络中光纤到户应用是非常重要的器件。根据ITU G. 983的推荐，它能够滤出三个设定的波长，即1310nm上行信号，1490nm和1550nm两个下 行信号。目前，平面光波回路(PLC)技术是制作这样低价器件的最有前途的选择，已经发展 商用化。而基于阵列波导光栅技术的这样复用器已经广泛应用于粗波分复用和密集波分复 用系统中。这些技术有很多优点，如容易集成，高效且可靠。但是，这些传统光三重波分复 用器件却有一个显著的缺点，即尺寸较大，在微米到毫米量级，远远达不到集成光电子器件 的需要。新的基于光子晶体波导的光三重波分复用器件能够克服以上的缺点，组成更小的 器件，对实现高度光集成是光明的选择。光子晶体是介质材料组成人工周期性结构。在1987年，Yablonovitch和John发 现了这种周期性介质结构能够在特定频率范围内产生带隙。带隙内设计的缺陷模能够用来 随意控制光子的流动。迄今为止，很多光通信器件已经基于光子晶体。通道下路滤波器是 光子集成回路的关键器件，可以用作复用器，开关以及定向耦合器。Kim等提出了一种带反 射反馈的三端口通道下路滤波系统。在这个结构中，由于在主波导末端的全反射，通道下路 效率被提高到100%。基于三端口系统的理论模型，一个波长选择性的反射微腔被广泛应用 在复用器及解复用器中去提高传输下路效率。与传统光器件相比，基于光子晶体的器件尺 寸为纳米量级提高了通道的集成密度。基于此，一些研究者设计实现了基于高折射率介质 柱方形晶格排列的三重波分复用器件，但是这种光子晶体没有比高折射率平板上六角晶格 空气孔排列的光子晶体容易制作，基于高折射率平板上六角晶格空气孔排列的微米量级光 子晶体三重波分复用器件还没得到实现。
技术实现思路
为了克服已有三重波分复用器的制作困难、实用性较差、不能适用于光纤到户接 入网的不足，本专利技术提供一种便于制作、实用性强、具有微米量级并能应用到光纤到户接入 网中的基于光纤到户应用的光子晶体三重波分复用器。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是一种基于光纤到户应用的光子晶体三重波分复用器，所述光子晶体三重波分复用器采 用高折射率平板上六角晶格空气孔排列的二维光子晶体，所述光子晶体三重波分复用器包 括四根光子晶体线缺陷波导和两个光子晶体点缺陷微腔；所述四根光子晶体线缺陷波导分 别通过改变一排介质柱半径获得，分别是输入波导、第一通道、第二通道以及第三通道；所 述两个光子晶体点缺陷微腔分别通过改变某些近邻介质柱的半径获得，其中一个缺陷微腔 为波长1490nm下路微腔，另一个缺陷微腔为波长1310nm下路微腔，两个微腔分别放置在输入波导两侧；第二通道和第三通道分别与1490nm和1310nm下路微腔相连，输入波导末端 与第一通道通过一个用以控制1550nm波长的信号直接从第一通道传播到输入波导的折叠 定向耦合结构相连。进一步，通过调整折叠定向耦合波导中上方波导末端的空气介质柱的位置调整发 射反馈相位，使得1490nm波长的信号完全下路到第二通道。再进一步，通过调整共振波长为1490nm和1310nm两个微腔之间的输入波导部分， 即这段波导中两侧的介质柱半径被增大或者减小来调整反射反馈相位，使得1310nm波长 光完全从第三通道下路。更进一步，根据光子晶体的晶格常数和介质折射率计算能带，光子晶体线缺陷波 导选定三个波长1310nm，1490nm及1550nm对应的三个归一化频率，且波导都是单模传输。本专利技术的技术构思为基于高折射率平板上六角晶格空气孔排列的二维光子晶 体，为了使得器件结构在获得高效率的同时尽可能尺寸微小，在输入波导末端设计了一个 折叠定向耦合结构作为反射反馈。为了实现这样的目的，在本专利技术的技术方案中，首先结合光子晶体的晶格常数 和介质折射率，通过能带计算，设计合适的光子晶体线缺陷波导，选定三个波长1310nm， 1490nm及1550nm对应的三个归一化频率，在这三个频率，波导都是单模传输。其次，设计基于这种二维光子晶体的FTTH用三重波分复用器件(Triplexer)，由四根 光子晶体线缺陷波导和两个光子晶体点缺陷微腔构成。四根光子晶体线缺陷波导分别通过 改变一排介质柱半径获得，分别是输入波导、第一通道、第二通道以及第三通道。两个光子 晶体点缺陷微腔分别通过改变某些近邻介质柱的半径获得，其中一个用作波长1490nm下 路微腔，另一个用作波长1310nm下路微腔，两个微腔分别放置在输入波导两侧。第二通 道和第三通道分别与1490nm和1310nm下路微腔相连。输入波导末端与第一通道通过一个 折叠定向耦合器相连。调整这个折叠定向耦合器可以使得1550nm波长光能够直接从第一 通道传播到输入波导。通过调整折叠定向耦合器中上方波导末端的空气介质柱的位置可以 调整发射反馈相位，使得1490nm波长完全下路到第2通道。通过调整共振波长为1490nm和 1310nm两个微腔之间的输入波导部分，即这段波导中两侧的介质柱半径被增大或者减小来 调整反射反馈相位，可以使得1310nm波长光完全从第三通道下路。本专利技术中的折叠定向耦合器由输入波导末端及第一通道开始端平行放置而形成， 输入波导末端与完好的光子晶体晶格结构相连，第一通道开始端也与完好的光子晶体晶格 结构相连，两波导之间相隔若干排晶格排列。本专利技术的三重波分复用器件基于高折射率平板上六角晶格空气孔排列的光子晶 体设计，能够实现1550nm波长光以95%效率上路，以及1310nm和1490nm两个波长光的95% 效率下路。其优点在于利用折叠耦合结构使得这个三重波分复用器件结构微小，在微米量 级，能够应用在未来的光纤到户(FTTH)接入网中作为三重波分复用器件。本专利技术的有益效果主要表现在便于制作、实用性强、具有微米量级并能应用到光 纤到户接入网中。附图说明图1为一种空气介质圆柱在高折射率平板中的二维六角晶格光子晶体的示意图。图2为基于二维六角形晶格光子晶体的三重波分复用器件结构图。图3为基于二维六角形晶格光子晶体三重波分复用器件结构中折叠定向耦合结 构的色散曲线的示意图。图4为该三重波分复用器件结构的传输强度谱的示意图。图5为在三个波长(频率)位置时，该三重波分复用器件结构的上行和下行稳态 光波传播模式图。具体实施例方式下面结合附图对本专利技术作进一步描述。参照图1 图5，一种基于光纤到户应用的光子晶体三重波分复用器，所述光子 晶体三重波分复用器采用高折射率平板上六角晶格空气孔排列的二维光子晶体，所述光子 晶体三重波分复用器包括四根光子晶体线缺陷波导和两个光子晶体点缺陷微腔；所述四根 光子晶体线缺陷波导分别通过改变一排介质柱半径获得，分别是输入波导( 、第一通道 G)、第二通道(6)以及第三通道(8)；所述两个光子晶体点缺陷微腔分别通过改变某些近 邻介质柱的半径获得，其中一个缺陷微腔为波长1490·下路微腔(9)，另一个缺陷微腔为 波长1310nm下路微腔(10)，两个微腔分别放置在输入波导( 两侧；第二通道(6)和第 三通道⑶分别与1490nm下路微腔(9)和1310nm下路微腔(10)相连，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于光纤到户应用的光子晶体三重波分复用器，其特征在于：所述光子晶体三重波分复用器采用高折射率平板上六角晶格空气孔排列的二维光子晶体，所述光子晶体三重波分复用器包括四根光子晶体线缺陷波导和两个光子晶体点缺陷微腔；所述四根光子晶体线缺陷波导分别通过改变一排介质柱半径获得，分别是输入波导（２）、第一通道（４）、第二通道（６）以及第三通道（８）；所述两个光子晶体点缺陷微腔分别通过改变某些近邻介质柱的半径获得，其中一个缺陷微腔为波长１４９０ｎｍ下路微腔　（９），另一个缺陷微腔为波长１３１０ｎｍ下路微腔　（１０），　两个微腔分别放置在输入波导（２）两侧；第二通道（６）和第三通道（８）分别与１４９０ｎｍ　ｎｍ下路微腔　（９）和１３１０ｎｍ下路微腔　（１０）相连，输入波导（２）末端与第一通道（４）通过一个用以控制１５５０ｎｍ波长的信号直接从第一通道（４）传播到输入波导（２）的折叠定向耦合器（１１）相连。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：任宏亮，覃亚丽，温浩，吴哲夫，刘恺，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]