本发明专利技术公开了一种光子晶体波分复用器，该光子晶体波分复用器采用三角晶格的二维光子晶体结构，包括光子晶体输入直波导、60度斜向波导、光子晶体微腔和光子晶体输出直波导，其中，光信号由一路光子晶体输入直波导输入，沿横向传输约十几个周期后，沿正三角60度角方向构成60度斜向波导，在靠近60度斜向波导的横向方向间隔三个孔位置去掉两个或三个孔形成光子晶体微腔，然后在留两个或三个孔后再去掉该行的其他孔形成光子晶体输出直波导，构成弯曲波导-微腔-直波导的结构；每两路相邻微腔-直波导之间间隔10-20行孔。本发明专利技术利用光子晶体直波导、弯曲波导和光子晶体微腔这三者的耦合实现滤波，选出特定波长的信号，达到分波作用。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光子集成、光通讯、光子晶体滤波器等
，特别是一种利用光子晶体微腔与波导耦合实现光信号分离、滤波和合波的光子晶体波分复用器。
技术介绍
随着信息化社会的高速发展，信息技术要求集成电路的规模越来越大，要求电子元件的体积越来越小。但随着单个元件体积越来越小和电路越来越复杂，电子运行的速度越来越接近其极限速度。因此，发展新一代信息技术变得越来越重要。由于光子的运行速度快，光子间不存在相互干扰等优点，使得光子集成成为克服由于电子运行速度造成集成电路的瓶颈效应的重要选择。光子晶体利用光子带隙限制光，人们可以通过设计和调制光子带隙的结构达到控制光子运动的目的。光子晶体波导可以缩小集成波导器件的尺寸，克服了微小尺寸下控制光子的困难，使得集成波长级器件的微米尺寸的光子集成回路成为可能。集成光路和通信中很重要的一部分功能是实现滤波、选频或信号的上下载，即实现信号的波分复用或解复用功能。基于光子晶体，我们可以采用微腔和波导耦合，构成频率选择的滤波器或波分复用器。光子晶体器件主要是由光子晶体波导和微腔组合实现，光子晶体波导可以弯曲较大角度而透过率仍然很高，光子晶体微腔可以获得很高的高品质因子 ⑴值)。用这些波导和微腔构成的光子晶体波分复用器的体积相对传统器件体积将减小几个数量级，器件的插入损耗降低，而且很容易实现与其他器件的进一步集成。在过去的几年里，人们利用一个光子晶体直波导和两个不同尺寸的微腔构成了一个非常紧凑的光学波分复用器，向我们展示了光子晶体微腔和波导组合器件潜在的巨大应用价值。两个不同尺寸的光子晶体微腔具有不同的缺陷频率，当光子晶体波导传输的光波含有对应于微腔的缺陷频率时，微腔就会把该频率的部分能量耦合到另一路波导并在平面内传输。该器件尺寸只有传统的波分复用器件的1/10000。利用光子晶体可以实现窄线宽、通道间隔小、高效率、器件尺寸超小的光子晶体波分复用器。近几年来人们从理论上和实验上研究了超小型的多信道共振调频选频器。有代表性的是日本的S. Noda和M. Notomi等研究小组在理论和实验上实现了光子晶体异质结构短间距高密度的多信道选频器。2004年，S. Noda研究组报道了采用微移位得到的高Q值微腔与双通道光子晶体波导进行耦合实现上下载滤波，下载波长为1570nm，光谱线宽为 0. 12nm,下载效率高达 65 % 2003 年，S. Noda 研究小组报道了采用高Q值微腔和光子晶体平面异质结耦合的方法实现6路光信号的上载/下载功能，他们将七个不同晶格常数的光子晶体组在一起，光子晶体晶格常数间的差别为 1. 25nm。各信道输出波长的间隔仅为5nm，实验证明每个微腔的Q值几乎相等，并且输出效率也几乎相等。波长间隔为5-7nm，信号光谱线宽为0. 4nm，信号下载效率估计达到40% 2005 年他们通过微腔从平面异质结波导中耦合信号，再由波导从微腔耦合出信号方式实验实现下载效率高于80%的光子晶体滤波器。2006 年，他们对上述结构进行优化改进后实现了四路分波波长分别为1516nm，1536nm, 1559nm和1583nm的光子晶体波分复用器件，其下载效率接近于100%。但该器件的光谱线宽还较宽，信道间隔也较大，最小间隔达至丨J 20nm。这些器件的缺点是需要严格控制异质结光子晶体之间的差别，尺寸较大。M. Notomi研究小组通过改变输入输出波导宽度达到对波导传输波段的控制，通过耦合微腔与输入波导与输出波导模式共振效应实现高效率的光信号下载。他们通过实验加工和测试实现了 10通道下载效率高达65士20%的光子晶体上下载器件。该器件分波的信道较宽，分波信号的线宽较宽。较难实现密集波分复用功能。国内有关光子晶体的专利，很多是关于光子晶体的一种结构或器件，以及光子晶体的各种应用。光子晶体波分复用或解复用器件不是很多，且多为微腔与波导耦合构成。如日本京都大学在中国申请的几个专利，“二维光子晶体光复用器/解复用器”(专利号03806872. 9)，“二维光子晶体谐振腔和信道分插滤波器”(专利号200410030016. 3)， “二维光子晶体腔及通路加/减滤波器”(专利号200410004875. 5)，“采用二维光子晶体的信道分插滤波器和信道监视器”(专利号200410030017. 8)等，这些专利主要结构与欧洲专利“Patent EP1136853”的类似，利用微腔与波导的侧向耦合实现多路滤波效果。专利号 “01123957. 3”，名称“一种新型光子晶体波分复用器件”，为中科院物理所研究人员申请的专利，该专利只是提出一种结构，没有针对具体波段和特定材料。主要思想为设计并制备光子晶体弯曲波导阵列，单路到多路的光子晶体波导的分束器，实现单路波导到多路分支弯曲波导高透过率，然后在各分支中设置微腔，使得波导模被共振耦合出分支波导，实现分波效果。该波导结构因为涉及90度弯曲波导，一般弯曲波导本身透过率不高，导致该波分复用实际效率不高。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供一种适合于光子集成的、由光子晶体微腔和波导组合成的光子晶体波分复用器。( 二 )技术方案为达到上述目的，本专利技术提供了一种光子晶体波分复用器，该光子晶体波分复用器采用三角晶格的二维光子晶体结构，包括光子晶体输入直波导1、60度斜向波导2、光子晶体微腔3和光子晶体输出直波导4，其中，光信号由一路光子晶体输入直波导1输入，沿横向传输约十几个周期后，沿正三角60度角方向构成60度斜向波导2，在靠近60度斜向波导2的横向方向间隔三个孔位置去掉两个或三个孔形成光子晶体微腔3，然后在留两个或三个孔后再去掉该行的其他孔形成光子晶体输出直波导4，构成弯曲波导-微腔-直波导的结构；每两路相邻微腔-直波导之间间隔10-20行孔。上述方案中，该光子晶体波分复用器在光子晶体输入直波导1与60度斜向波导2 交接处还具有一半径可调小孔5，通过对该小孔5大小的优化能够提高弯曲波导的透过率。(三)有益效果1、本专利技术提供的光子晶体波分复用器，利用光子晶体直波导、弯曲波导和光子晶体微腔这三者的耦合实现滤波，选出特定波长的信号，达到分波作用，每路输出直波导分波波长由相应微腔两侧的小孔位置的微移实现。2、本专利技术提供的光子晶体波分复用器，具有可扩展性，高效率，超小型的特点，可应用于光通信和集成光路的分波合波场合。3、本专利技术主要集中在SOI基光子晶体微腔与波导耦合构成的光子晶体波分复用器的研究，SOI材料可以实现与成熟的CMOS工艺技术的兼容，所研究的SOI基光子晶体波分复用器将来可能实现由传统的CMOS工艺制备，并利于与CMOS工艺研制的其他SOI器件的耦合集成。4、本专利技术提供的SOI基光子晶体波分复用器，具有透过率高，选频特性好，与CMOS 工艺兼容等特点，是实现小型光子集成的关键器件，我们在这方面的探索将会推动光子晶体器件的发展及其在光子集成方面的应用。附图说明为了进一步说明本专利技术具体
技术实现思路
，下面根据附图和实施例对本专利技术进行详细说明，其中图1是依照本专利技术实施例的四路光子晶体波分复用器的结构示意图。其中黑点代表空气孔，空气孔在SOI背景材料中排列成三角晶格阵列，在其中去掉部分孔分别构成光子晶体输入直波导1、60度斜本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：许兴胜，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：
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