论文部分内容阅读
摘 要：将平行的两光子晶体单模波导邻近放置构成一个光子晶体波导耦合结构。采用时域有限差分法，研究了基于耦合与解耦合理论设计了一种含异质结构三通道波分复用器。该器件不仅具有较高的透射率，而且能够把三种不同波长的光束分开等优点，这种器件在未来的光子集成回路中具有很高的应用价值.
关键词：光子晶体 异质结构 波分复用器
中图分类号：0734 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）06（a）-0243-01
光子晶体是两种或两种以上的介电常数随空间呈周期性变化人工材料。光子晶体受到布拉格散射作用会形成带隙，只有在能带中的光波才能通过光子晶体，而在带隙中的光波则被不能通过。在完整的晶体中引入缺陷，缺陷会在禁带中形成杂质能级，由于缺陷具有局域性，所以会出现缺陷模。若缺陷连续分布将形成线性缺陷，对原来完整光子晶体不能通过的光则可以沿线缺陷传播，就会形成光子晶体光波导。利用这种特性可设计出许多种光子晶体器件，如光开关，光滤波器，波分复用器及光功分器等。这些器件相对于传统的光电器件，具有损耗小、体积小、易于集成，不受外界电磁场干扰等优点，为光电子器件向集成方向发展带来了崭新的应用前景.
该文根据两种不同折射率材料构成的光子晶体波导耦合结构，设计了一种新型含异质结构光子晶体波导耦合三波长波分复用器。这种器件能够把三个通信波长1310 nm、1390 nm、1550 nm的光分开来，该器件具有较高的透射率，在未来的光子集成回路中具有很高的应用价值。
1 设计
设计由两种不同折射率的材料构成的三波长波分复用器，如图1所示，其中虚线框所示区域的介电常数为16，其它区域为11.56。该结构由三条不同的输出波导构成，分别标记为A，B，C，光波由入射端输入波导。
图1器件的结构示意图，图中虚线框所示区域的介电常数为16，其他区域为11.56。
取晶格常数a=0.610 μm，则三个波长的工作频率分别为0.394，0.438和0.466，对应的三个波长分别为1550nm、1390nm、1310 nm。当它们从输入端输入时，由耦合和解耦合理论可知，当区域#1的耦合长度为23a时，1390 nm和1550 nm将呈交叉态沿B波导传输，1310 nm的波长将沿A端口输出。当区域#2的耦合长度为21a时，则1550 nm将从端口C输出。因此，该异质结构利用了光子晶体两波导系统的耦合和解耦合理论实现了三种不同波长的波分离。
采用时域有限差分法对该器件进行计算，图2为该器件稳定输出状态时三个波长的电场幅度分布图。从图中可以看出，由于耦合和解耦合特性，当三个波长经过区域#1后，1550 nm和1390 nm沿B段传输，而1310 nm将沿A端传输，1550 nm在经过区域#2后在C端输出，可见模拟结果与上述讨论结果一致。该器件可以同时实现1550 nm、1390 nm、1310 nm三个波长的波分复用。
（图2）电场幅度的稳态分布图：λ=1310nm；（b）λ=1390nm；（c） λ=1550nm。
同时还测量了三个波长的透射率，三个波长1310 nm、1390 nm、1550 nm的透射率分别达到93%、95%、85%。但是波长为1550 nm的光透射效果不是很高，这主要是因为理论计算1550 nm的波在两耦合波导结构中的拍长为8.4a，而且光子晶体是离散型的周期性结构，因此所设定的耦合长度必须为晶格常数的整数倍，因此，波长为1550 nm的光透射效果不是很好。
2 结语
该文基于两平行光子晶体波导的耦合与解耦合特性，设計了一种含异质结构的光子晶体波分复用器。这种器件不仅能够把波长为1310 nm、1390 nm、1550 nm的光分开来，而且它们的透射率都较高，这种器件在未来的光通信领域具有潜在的应用价值。
参考文献
[1] Ward.A.J，Pendry.J.B. Calculating photonic Green′s functions using a nonorthogonal finite-difference time-domain method[J].Phys.Rev.（B），1998， 58（11）：7252-7259.
[2] 徐旭明，李未，方利广，等.基于自成像多模干涉的光子晶体波导1×2分束器[J].光通信研究，2008（6）：34-36.
[3] LIU T，ZAKRIAN A R， FALLAHI M，et al.Design of a compact photonic-crystal-based polarizing beam splitter [J].IEEE Photon.Technol.Lett， 2005，17（7）：1435-1437.
[4] 于天宝，王明华，江晓清，等.三平行光子晶体单模波导的耦合特性及其应用[J]. 物理学报，2006，55（4）：1851-1855.
[5] 韩秀友，庞拂飞，蔡海文，等.平面弯曲波导耦合器的特性分析[J].光子学报，2005，34（11）：1629-1631.
关键词：光子晶体 异质结构 波分复用器
中图分类号：0734 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）06（a）-0243-01
光子晶体是两种或两种以上的介电常数随空间呈周期性变化人工材料。光子晶体受到布拉格散射作用会形成带隙，只有在能带中的光波才能通过光子晶体，而在带隙中的光波则被不能通过。在完整的晶体中引入缺陷，缺陷会在禁带中形成杂质能级，由于缺陷具有局域性，所以会出现缺陷模。若缺陷连续分布将形成线性缺陷，对原来完整光子晶体不能通过的光则可以沿线缺陷传播，就会形成光子晶体光波导。利用这种特性可设计出许多种光子晶体器件，如光开关，光滤波器，波分复用器及光功分器等。这些器件相对于传统的光电器件，具有损耗小、体积小、易于集成，不受外界电磁场干扰等优点，为光电子器件向集成方向发展带来了崭新的应用前景.
该文根据两种不同折射率材料构成的光子晶体波导耦合结构，设计了一种新型含异质结构光子晶体波导耦合三波长波分复用器。这种器件能够把三个通信波长1310 nm、1390 nm、1550 nm的光分开来，该器件具有较高的透射率，在未来的光子集成回路中具有很高的应用价值。
1 设计
设计由两种不同折射率的材料构成的三波长波分复用器，如图1所示，其中虚线框所示区域的介电常数为16，其它区域为11.56。该结构由三条不同的输出波导构成，分别标记为A，B，C，光波由入射端输入波导。
图1器件的结构示意图，图中虚线框所示区域的介电常数为16，其他区域为11.56。
取晶格常数a=0.610 μm，则三个波长的工作频率分别为0.394，0.438和0.466，对应的三个波长分别为1550nm、1390nm、1310 nm。当它们从输入端输入时，由耦合和解耦合理论可知，当区域#1的耦合长度为23a时，1390 nm和1550 nm将呈交叉态沿B波导传输，1310 nm的波长将沿A端口输出。当区域#2的耦合长度为21a时，则1550 nm将从端口C输出。因此，该异质结构利用了光子晶体两波导系统的耦合和解耦合理论实现了三种不同波长的波分离。
采用时域有限差分法对该器件进行计算，图2为该器件稳定输出状态时三个波长的电场幅度分布图。从图中可以看出，由于耦合和解耦合特性，当三个波长经过区域#1后，1550 nm和1390 nm沿B段传输，而1310 nm将沿A端传输，1550 nm在经过区域#2后在C端输出，可见模拟结果与上述讨论结果一致。该器件可以同时实现1550 nm、1390 nm、1310 nm三个波长的波分复用。
（图2）电场幅度的稳态分布图：λ=1310nm；（b）λ=1390nm；（c） λ=1550nm。
同时还测量了三个波长的透射率，三个波长1310 nm、1390 nm、1550 nm的透射率分别达到93%、95%、85%。但是波长为1550 nm的光透射效果不是很高，这主要是因为理论计算1550 nm的波在两耦合波导结构中的拍长为8.4a，而且光子晶体是离散型的周期性结构，因此所设定的耦合长度必须为晶格常数的整数倍，因此，波长为1550 nm的光透射效果不是很好。
2 结语
该文基于两平行光子晶体波导的耦合与解耦合特性，设計了一种含异质结构的光子晶体波分复用器。这种器件不仅能够把波长为1310 nm、1390 nm、1550 nm的光分开来，而且它们的透射率都较高，这种器件在未来的光通信领域具有潜在的应用价值。
参考文献
[1] Ward.A.J，Pendry.J.B. Calculating photonic Green′s functions using a nonorthogonal finite-difference time-domain method[J].Phys.Rev.（B），1998， 58（11）：7252-7259.
[2] 徐旭明，李未，方利广，等.基于自成像多模干涉的光子晶体波导1×2分束器[J].光通信研究，2008（6）：34-36.
[3] LIU T，ZAKRIAN A R， FALLAHI M，et al.Design of a compact photonic-crystal-based polarizing beam splitter [J].IEEE Photon.Technol.Lett， 2005，17（7）：1435-1437.
[4] 于天宝，王明华，江晓清，等.三平行光子晶体单模波导的耦合特性及其应用[J]. 物理学报，2006，55（4）：1851-1855.
[5] 韩秀友，庞拂飞，蔡海文，等.平面弯曲波导耦合器的特性分析[J].光子学报，2005，34（11）：1629-1631.