本发明专利技术提出了一种基于液体填充的光子晶体槽波导慢光特性优化方法。通过在光子晶体槽波导中最靠近空气槽的第一排和第二排空气孔内分别填充折射率为1.416和1.645的液体对光子晶体槽波导的慢光特性进行优化。仿真结果表明，当群折射率为150时，慢光带宽可达1.35nm，群速度色散可降至5×10-6ps2/km。而且，当光子晶体槽波导的工作温度变化或者空气孔半径制备误差对其慢光特性产生影响时，均可以通过调节填充液体的折射率大小来稳定光子晶体槽波导的慢光特性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及，属于微型光 电子器件设计
技术介绍
慢光效应是1999年提出的新概念，它是指光脉冲的传播速度远小于光速的现 象。由于慢光可实现对光信号在时域上的处理以及对光能量在空间上的局域，而逐渐成为 光学领域的研究热点(文献1. T. F. Krauss. “Why do we need slow light.” Nature Photonics, 2008, 2(8) : 448-450.)。相比传统的慢光产生方法而言，光子晶体波导由于 具有独特的光子带隙特性，能控制光子的运动状态，可以在常温下产生慢光，而且可以通 过改变结构参数实现任意波长上的慢光，从而极大地推动了慢光技术的发展(文献2. T.F.Krauss. “Slow light in photonic crystal waveguides. ” Journal of Physics D: Applied Physics, 2007, 40(9): 2666-2670.)。而光子晶体槽波导是2008年在光子晶 体波导的基础上提出的一种新型结构，它结合了光子晶体波导与普通槽波导的优点，空气 槽内可以填充低折射率的待测物质，这样，慢光就会被束缚在很窄的低折射率介质槽内，不 仅在空间上增加了信号的强度，还可以进一步加强慢光与槽内低折射率待测物质的相互 作用(文献 3. C. Caer, X. Le Roux, E. Cassan. “Enhanced localization of light in slow wave slot photonic crystal waveguides. ” Optics Letters, 2012, 37 (17): 3660-3662.)，为小体积、高灵敏度的各种全光器件的实现提供了可能(文献4. ff. C. Lai,S.Chakravarty, X. L. Wang, C. Y. Lin, R. T. Chen. uOn-chip methane sensing by near-1R absorption signatures in a photonic crystal slot waveguide. ” Optics Letters, 2011, 36(6): 984-986·)。然而，在常规光子晶体槽波导中，群折射率会随波长的变化而变化，其产生的慢光 将存在严重的群速度色散现象，导致光脉冲信号展宽，波形发生畸变。考虑到实际应用，光 子晶体槽波导慢光的带宽和群速度色散问题成为了很多学者研究的重点。2010年，J. Wu 等人(文献5. J. Wu, Y. P. Li, C. Peng, Z. Y. Wang. “Wideband and low dispersion slow light in slotted photonic crystal waveguide. ” Optics Communications, 2010，283(14) : 2815-2819.)通过改变光子晶体槽波导中空气槽两侧的空气孔位置实现 了宽带、低群速度色散的慢光，仿真结果表明，这种光子晶体槽波导结构可以产生群速度 为54，带宽可达3.3nm的慢光现象。2011年，伊朗学者(文献6. H. Aghababaeian, M. H. Vadjed-Samiei, N. Granpayeh. “Temperature stabilization of group index in silicon photonic crystal waveguides. ” Journal of the Optical Society of Korea, 2011，15(4) : 398-402.)通过改变光子晶体槽波导中空气槽两侧的空气孔半径，将慢光 的群速度提高到40时，带宽为10nm。但是由于光子晶体的孔形状和尺寸很难精确控制 (文献 7. J. Li, T. P. White, L. O’ Faolain, A. Gomez-1glesias, T. F. Krauss. “Systematic design of flat band slow light in photonic crystal waveguides. ”Optical Express, 2008, 16(9): 6227-6232;文献 8. ff. ff. Song, R. A.1nteglia, ff. Jiang. “Slow light loss due to roughness in photonic crystal waveguides: An analytic approach.” Physical Review B, 2010, 82(3): 235306.),以上两种方法 虽然在一定程度上改善了光子晶体槽波导的慢光特性，但却增加了光子晶体槽波导制备的 复杂性。而且，在实际应用中，光子晶体槽波导的慢光特性还不可避免地会受到环境温度 以及光子晶体槽波导空气孔半径制备误差的影响，这将严重限制光子晶体槽波导慢光的 应用范围。J. Wu 等人(文献 9. J. Wu, Y. P. Li, C. Peng, Z. Y. Wang. “Numerical demonstration of slow light tuning in slotted photonic crystal waveguide using microfluidic infiltration.，，Optics Communications, 2011, 284(8): 2149-2152.)于 2011年提出在光子晶体槽波导的空气槽中填充不同折射率的液体，实现了对慢光工作波长 的调谐，但其慢光特性并没有得到改善。本专利技术提出通过选择一定折射率的液体填充在光子晶体槽波导空气槽两侧的空 气孔内以实现宽带、低群速度色散的慢光特性。由于液体填充操作可以在光子晶体槽波导 制备后进行，能够更加灵活地控制光子晶体槽波导的慢光特性，所以，环境温度以及光子晶 体槽波导空气孔半径的制备误差对光子晶体槽波导慢光特性的影响可以通过调节填充液 体的折射率来消除或减小，不仅降低了光子晶体槽波导制备的复杂性，而且提高了光子晶 体槽波导慢光的应用范围。此外，本专利技术所设计的光子晶体槽波导具有可重复利用性，可以 根据实际应用需要在同一块光子晶体槽波导中填充不同折射率的液体，以实现不同的慢光 特性，大大提高了光子晶体槽波导的利用率。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术的目的在于克服已有光子晶体槽波导慢光特性优化方法的不足，提出一种简 单、可行、易于实现的光子晶体槽波导慢光特性优化方法，其产生的慢光具有高群折射率、 宽带宽、低群速度色散、不受环境温度干扰以及空气孔半径制备误差影响等优点。(二)技术方案为了达到上述目的，本专利技术提出一种基于液体填充的光子晶体槽波导慢光特性优化方 法。该优化方法是在光子晶体槽波导中最靠近空气槽的第一排空气孔内填充一种折射率的 液体，并在最靠近空气槽的第二排空气孔内填充另一种折射率的液体，通过调节两种填充 液体的折射率大小，从而有效地改善光子晶体槽波导的色散曲线，以实现高群折射率、宽带 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于液体填充的光子晶体槽波导慢光特性优化方法，其特征在于：在光子晶体槽波导中最靠近空气槽的第一排和第二排空气孔内分别填充两种折射率的液体，通过调节这两种填充液体的折射率大小，从而有效地改善光子晶体槽波导的色散曲线，以实现高群折射率、宽带宽、低群速度色散的慢光特性，而且当光子晶体槽波导的工作温度变化或者空气孔半径制备误差对其慢光特性产生影响时，均可以通过调节填充液体的折射率大小来稳定光子晶体槽波导的慢光特性。
【技术特征摘要】
1.一种基于液体填充的光子晶体槽波导慢光特性优化方法，其特征在于在光子晶体槽波导中最靠近空气槽的第一排和第二排空气孔内分别填充两种折射率的液体，通过调节这两种填充液体的折射率大小，从而有效地改善光子晶体槽波导的色散曲线，以实现高群折射率、宽带宽、低群速度色散的慢光特性，而且当光子晶体槽波导的工作温度变化或者空气孔半径制备误差对其慢光特性产生影响时，均可以通过调节填充液体的折射率大小来稳定光子晶体槽波导的慢光特性。2.如权利要求1所述的ー种基于液体填充的光子晶体槽波导慢光特性优化方法，其特征在于光子晶体槽波导结构是先在半导体材料基底绝缘体上娃(Silicon On Insulator,SOI)上刻蚀等边三角形排列的空气孔形成ニ维三角晶格光子晶体，再将中间ー排沿X方向的空气孔替换为ー个宽度为％=0. 32a的空气槽而构成的，空气孔的半径r=0. 30a (其中a=442nm为光子晶体的晶格常数，即相邻空气孔之间的间距)，硅厚度A=220nm，硅的有效折射率/7=2. 87，在未填充前所有空气孔的折射率均为1. O。3.如权利要求1所述的ー种基于液体填充的光子晶体槽波导慢光特性优化方法，其特征在于当光子晶体槽波导的工作温度为290K时，在最靠近空气槽的第一排空气孔内填充折射率为1. 416的液体，同时在...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵勇，张亚男，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：
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