一種高傳輸率高回波損耗高隔離度光子晶體光橋的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微小光學(xué)光橋領(lǐng)域，尤其涉及一種基于光子晶體技術(shù)的高傳輸率高回波損耗高隔離度光子晶體光橋。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的光橋應(yīng)用的是幾何光學(xué)原理，因此體積都比較大，無法用于光路集成中。以光子晶體為基礎(chǔ)可以制作微小的器件，包括光子晶體光橋。架設(shè)光橋的光子晶體導(dǎo)波光路一般通過對具有完全禁帶的光子晶體引入線缺陷來構(gòu)建。我們引入多重散射方法:在組成光橋的線缺陷中引入一個或多個點(diǎn)缺陷，將其作為散射子，以產(chǎn)生可與器件中傳播的反射波相抵消的散射波，適當(dāng)選擇散射子的位置和尺寸，其產(chǎn)生的散射波將與器件中的反射波完全抵消，以此進(jìn)行高傳輸率和高回波損耗。通過多重散射法可以設(shè)計出小尺寸高集成度的光子晶體光橋，即一種可以在波導(dǎo)結(jié)點(diǎn)位置允許不同方向的光信號交叉導(dǎo)通而不相互影響的器件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種結(jié)構(gòu)體積小、具有高傳輸率、高回波損耗，便于集成且高效的光子晶體十字光橋。
[0004]為了解決上述存在的技術(shù)問題，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案:
[0005]本發(fā)明高傳輸率高回波損耗高隔離度光子晶體光橋包括一個具有禁帶的光子晶體和光子晶體波導(dǎo)，還包括兩個輸入端和兩個輸出端；所述光子晶體波導(dǎo)的左方端口、上方端口和右方端口、下方端口分別為兩個輸入端和兩個輸出端；所述光子晶體波導(dǎo)由光子晶體垂直波導(dǎo)和光子晶體水平波導(dǎo)在其中部呈十字形交叉構(gòu)成；所述光子晶體十字波導(dǎo)內(nèi)設(shè)置有波導(dǎo)缺陷介質(zhì)柱，該波導(dǎo)缺陷介質(zhì)柱為圓形缺陷介質(zhì)柱和方形缺陷介質(zhì)柱；在所述光子晶體波導(dǎo)的四個端口分別設(shè)置2個圓形缺陷介質(zhì)柱，所述方形缺陷介質(zhì)柱位于垂直波導(dǎo)與水平波導(dǎo)的交界處正中心；所述光子晶體波導(dǎo)的兩個輸入端分別輸入兩束光信號，在共用中心區(qū)域形成光路的十字交叉而進(jìn)行互不干擾的傳輸，各自沿直線方向從不同端口輸出。
[0006]所述光子晶體為高折射率介質(zhì)和低折射率介質(zhì)構(gòu)成的二維周期結(jié)構(gòu)。
[0007]所述光子晶體波導(dǎo)呈十字形狀。
[0008]所述光子晶體波導(dǎo)為二維光子晶體波導(dǎo)，包括正方晶格二維光子晶體波導(dǎo)、蜂窩結(jié)構(gòu)二維光子晶體波導(dǎo)和三角晶格二維光子晶體波導(dǎo)。
[0009]所述光子晶體波導(dǎo)為在所述的光子晶體中移除I排、2排、3排或者4排介質(zhì)柱后的結(jié)構(gòu)。
[0010]所述光子晶體中的高折射率介質(zhì)為硅、砷化鎵、二氧化鈦或者折射率大于2的介質(zhì)。
[0011 ] 所述光子晶體中的高折射率背景介質(zhì)材料為硅。
[0012]所述光子晶體中的低折射率介質(zhì)為空氣、真空、氟化鎂、二氧化硅或者折射率小于1.5的介質(zhì)。
[0013]所述光子晶體中的低折射背景介質(zhì)為空氣。
[0014]本發(fā)明光橋可以用于構(gòu)筑多種光子晶體器件。它與現(xiàn)有技術(shù)相比，有如下積極效果O
[0015](I)結(jié)構(gòu)體積小，光傳輸效率高，適合大規(guī)模光路集成；
[0016](2)本發(fā)明可以短程高效地實(shí)現(xiàn)光路交叉，在十字光橋交叉位置不產(chǎn)生串?dāng)_；
[0017](3)通過設(shè)置點(diǎn)缺陷就可以實(shí)現(xiàn)光路交叉功能，便于集成而且高效；
[0018](4)本器件與其它分光器件相比，具有高消光比、高傳輸效率以及極低的插入損耗。
【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明光子晶體波導(dǎo)十字光橋的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖中:光信號A輸入端I光信號B輸入端2光信號A輸出端3光信號B輸出端4背景娃介質(zhì)柱5圓形缺陷介質(zhì)柱6方形缺陷介質(zhì)柱7
[0021]圖2(a)是本發(fā)明光橋端口 I反射功率的時間演化圖；
[0022]圖2 (b)是本發(fā)明光橋端口 2出射功率的時間演化圖；
[0023]圖2(c)是本發(fā)明光橋端口 3反射功率的時間演化圖；
[0024]圖2(d)是本發(fā)明光橋端口 4反射功率的時間演化圖。
[0025]圖3 (a)是本發(fā)明光橋各通道在入射光頻率為1.55 ( μ m)下的端口 I和端口 2皆無輸入光時的光場分布圖；
[0026]圖3 (b)是本發(fā)明光橋各通道在入射光頻率為1.55 ( μ m)下的端口 I有輸入光，端口 2無輸入光時的光場分布圖；
[0027]圖3 (C)是本發(fā)明光橋各通道在入射光頻率為1.55 (μ m)下的端口 I無輸入光，端口 2有輸入光時的光場分布圖；
[0028]圖3 (d)是本發(fā)明光橋各通道在入射光頻率為1.55 ( μ m)下的端口 I和端口 2皆有輸入光時的光場分布圖。
[0029]圖4(a)是本發(fā)明光橋通道I僅有輸入光時，通道I在禁帶頻率范圍內(nèi)的傳輸特性，回波損耗圖；
[0030]圖4(b)是本發(fā)明光橋通道I僅有輸入光時，通道I至通道2在禁帶頻率范圍內(nèi)的傳輸特性，插入損耗圖；
[0031]圖4(c)是本發(fā)明光橋通道I僅有輸入光時，在禁帶頻率范圍內(nèi)的傳輸特性，通道3相對于通道I之間的隔離度；
[0032]圖4(d)是本發(fā)明光橋通道I僅有輸入光時，在禁帶頻率范圍內(nèi)的傳輸特性，通道4相對于通道I之間的隔離度。
【具體實(shí)施方式】
[0033]下面結(jié)合附圖與【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)闡述:
[0034]如圖1中所示，本發(fā)明光子晶體波導(dǎo)十字光橋包括一個具有禁帶的光子晶體和光子晶體波導(dǎo)，還包括四個端口，即兩個輸入端和兩個輸出端，光信號A輸入端I (左方端口)、光信號B輸入端2 (上方端口)、光信號A輸出端3 (右方端口)、光信號B輸出端4 (下方端口)，光子晶體波導(dǎo)由光子晶體垂直波導(dǎo)和光子晶體水平波導(dǎo)在其中部呈十字形交叉構(gòu)成，光子晶體波導(dǎo)呈十字形狀，光子晶體十字波導(dǎo)內(nèi)設(shè)置有波導(dǎo)缺陷介質(zhì)柱，該波導(dǎo)缺陷介質(zhì)柱為圓形缺陷介質(zhì)柱6和方形缺陷介質(zhì)柱7，光子晶體波導(dǎo)的兩個輸入端分別輸入兩束光信號，在共用中心區(qū)域形成光路的十字交叉而不互擾，各自沿直線方向從不同端口輸出。
[0035]本器件初始信號光從左方端口 I和上方端口 2入射，右方端口 3輸出由左方端口 I入射的光波，下方端口 4輸出由上方端口 2入射的光波，兩束光波將實(shí)現(xiàn)互不干擾的傳輸。由于本發(fā)明光子晶體十字光橋具有90度旋轉(zhuǎn)對稱性，信號從端口 I入射相對于信號從端口 2入射為旋轉(zhuǎn)90度，且本發(fā)明系統(tǒng)中未使用非線性材料，系統(tǒng)的響應(yīng)符合線性疊加原理，因而當(dāng)端口 I和端口 2均有信號時，端口 I的信號還是從端口 3輸出，端口 2的信號還是從端口 4輸出，即獲得了高隔離度、高回波損耗、低插損或高傳輸率的光橋特性，如圖2(a)、2(13)、2(。)、2((1)，如圖3(&)、303)、3(。)、3((1)，如圖 4(a)、4(b)、4(c)、4(d)所示。背景硅介質(zhì)柱5，其半徑R為0.180000a。在每個器件端口上分別設(shè)置有2個圓形缺陷介質(zhì)柱6，四個端口(兩個輸入端和兩個輸出端)共設(shè)置8個圓形缺陷介質(zhì)柱6，其半徑和位置中心分布情況分別為:光信號A輸入端I處兩個圓形點(diǎn)缺陷的直徑Rll和R12分別為0.499208a和 0.268817a，位置分別為(-11.508348a, 1.933980a)和(-15.641685a, 1.918759a);光信號B輸入端2處兩個圓形點(diǎn)缺陷的直徑R21和R22分別為0.499208a和0.268817a，位置分別為(1.933980a, 11.508348a)和(1.918759a, 15.641685a);光信號 A 輸出端3處兩個圓形點(diǎn)缺陷的直徑R31和R32分別為0.537634a和0.326436a，位置分別為(9.782995a, 0.002688a)和(9.599769a, 1.920049a);光信號 B 輸出端 4 處兩個圓形點(diǎn)缺陷的直徑 R41 和 R42 分別為 0.537634a 和 0.326436a，位置分別為(0.002688a, 9.782995a)和(-1.920049a, -9.599769a)。方形缺陷介質(zhì)柱7，邊長為L=L 038539a，其位置處于垂直波導(dǎo)與水平波導(dǎo)的交界處正中心，即整個器件結(jié)構(gòu)的正中心。此時對應(yīng)的通道I回波損耗為46.8585083825 (dB)，通道2傳輸系數(shù)為99.9547%,通道3相對于通道I的隔離度為41.7763855291 (dB)，通道4相對于通道I的隔離度為43.80018 (dB)。
[0036]本發(fā)明基于散射補(bǔ)償理論，通過在上述波導(dǎo)中引入正方形和圓形的點(diǎn)缺陷，通過雙補(bǔ)償圓形散射柱和單補(bǔ)償正方形散射柱對器件結(jié)構(gòu)內(nèi)傳輸?shù)墓獠▽?shí)現(xiàn)相位和幅度的補(bǔ)償。合理調(diào)節(jié)點(diǎn)缺陷的位置和尺寸，將這些不同形狀的點(diǎn)缺陷適當(dāng)應(yīng)用到四個端口處和垂直波導(dǎo)與水平波導(dǎo)的交接處，就可以實(shí)現(xiàn)不同傳播方向的光波在各自允許傳播的波導(dǎo)中傳播，而且在波