專利名稱：二維光子晶體腔及通路加/減濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及采用光子晶體的腔和通路加/減濾波器，并尤其涉及基于二維光子晶體的腔和通路加/減濾波器的特性的改進(jìn)。應(yīng)該理解，在本說明書中，“光”一詞的意義還包括相對于可見光有較長或較短波長的電磁波。
背景技術(shù)：
近年來隨著波分復(fù)用(WDM)光通訊系統(tǒng)的發(fā)展，以擴(kuò)大容量的超小加/減濾波器和通路濾波器的重要性正在凸現(xiàn)。因此，在此領(lǐng)域中，正在嘗試著通過利用光子晶體開發(fā)超小規(guī)格的光學(xué)加/減濾波器。特別是對于光子晶體，通過利用人工周期結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)新的光學(xué)特性，其中在人工周期結(jié)構(gòu)中，人為地賦予原始材料晶格狀的周期性折射率分布。
光子晶體的一個(gè)重要特征是存在光子帶隙。對于具有三維折射率周期性的光子晶體(3D光子晶體)，可以形成在每個(gè)方向都禁止光透射的理想帶隙。在利用這些晶體的可能性是光的局限、自發(fā)輻射的控制以及通過引入線缺陷而形成波導(dǎo)，其中可以預(yù)期實(shí)現(xiàn)超小光子集成電路。
同時(shí)，還正在興起對具有二維周期性折射率結(jié)構(gòu)的光子晶體(2D光子晶體)的用途的研究，因?yàn)檫@種晶體可以比較容易地制造。2D光子晶體中的周期性折射率結(jié)構(gòu)例如可以通過以穿過高折射率片材(通常稱作“切片”)的正方形點(diǎn)陣或三角形點(diǎn)陣的幾何形狀分布?；蛘?，也可以通過在低折射率材料內(nèi)以2D點(diǎn)陣的幾何形狀布置由高折射率材料制作的柱來形成該結(jié)構(gòu)。光子帶隙可以由這種周期性的折射率結(jié)構(gòu)產(chǎn)生，它能夠使在平面方向(平行于切片主面的方向)傳播的光的透射得到控制。例如，波導(dǎo)可以通過在周期性的折射率結(jié)構(gòu)中引入線缺陷而建立(例如見Physical.Review B，Vol.62，2000，pp.4488-4492)。
圖12表示日本待定專利申請JP2001-272555中公開的一種通路加/減濾波器的斜視圖。(在本申請的附圖中，相同的標(biāo)識表示同一或等同的部件)。圖12所示的通路加/減濾波器采用了2D光子晶體，該晶體構(gòu)造成在切片1內(nèi)具有形成在2D三角形點(diǎn)陣頂點(diǎn)處的相同直徑的柱狀穿孔(通常由空氣占據(jù))。在此類2D光子晶體中，通過帶隙禁止光在切片1內(nèi)的平面方向傳播，并且由于發(fā)生在與低折射率包層(如空氣)界面處的內(nèi)全反射而使光被局限在正交于該平面的方向中(正交于切片的兩個(gè)主面的方向)。
圖12中的光子晶體包含由直線缺陷組成的波導(dǎo)3。此直線缺陷3包括彼此相鄰的大量陣點(diǎn)的矩形范圍，穿孔2散落在這些陣點(diǎn)中。對于能夠穿過2D光子晶體中的缺陷的光，可以將直線缺陷用作線性波導(dǎo)。對于線性波導(dǎo)，能以低損耗透過的光的波譜較寬；因此，包含大量信道的信號的很寬波長范圍的光都可以從中傳播。
可以理解，做為波導(dǎo)的直線缺陷的寬度可以根據(jù)所需的特性不同地更改。如上所述，通過留下散落在陣點(diǎn)線中的穿孔而獲得最典型的波導(dǎo)。不用說，也可以通過在陣點(diǎn)線中留下散落在大量相鄰行中的穿孔而創(chuàng)建波導(dǎo)。而且波導(dǎo)在寬度上不限于點(diǎn)陣常數(shù)的整數(shù)倍，可以有任意的寬度。例如，也可以通過將線性波導(dǎo)任一側(cè)上的點(diǎn)陣移到選擇的距離而創(chuàng)建具有選擇寬度的波導(dǎo)。
圖12中所示的光子晶體還包含由點(diǎn)缺陷組成的腔4。點(diǎn)缺陷4包含單個(gè)的陣點(diǎn)，并且通過該陣點(diǎn)形成直徑比其它陣點(diǎn)大的穿孔。以這種方式包含較大直徑穿孔的缺陷通常稱作受主型點(diǎn)缺陷。另一方面，穿過散落在陣點(diǎn)中的缺陷通常稱作施主型點(diǎn)缺陷。腔4設(shè)置成與波導(dǎo)3相鄰，處于彼此之間可以發(fā)揮電磁相互作用的范圍。
在如圖12所示的2D光子晶體中，如果包含很大波長范圍(λ1、λ2、…λi…)的光5進(jìn)入波導(dǎo)3，則具有對應(yīng)于腔4諧振頻率的特定波長的光在腔中被俘獲并同時(shí)在點(diǎn)缺陷內(nèi)部振蕩，在正交方向發(fā)射波長為λI的光6，其中在切片1的有限厚度中產(chǎn)生的Q因子很小。這意味著圖12中的光子晶體可以用作通路減濾波器。相反，通過使光照射到點(diǎn)缺陷4中，在垂直于切片1的方向上于腔4中諧振的波長為λI的光可以進(jìn)入波導(dǎo)3。這意味著圖12中的光子晶體也可以用作通路加濾波器。可以理解，光在波導(dǎo)3或腔4與外部之間的傳輸可以通過大致在波導(dǎo)端面附近或腔附近設(shè)置光纖或光電傳感器來進(jìn)行。當(dāng)然，在那種情況下，可以在波導(dǎo)端面或腔與光纖端面或光電傳感器之間插入準(zhǔn)直透鏡(準(zhǔn)直器)。
在如圖12所示的光學(xué)加/減濾波器中，通過適當(dāng)?shù)卦谟删€缺陷組成的波導(dǎo)3和由點(diǎn)缺陷組成的腔4之間構(gòu)成間隔，可以控制在波導(dǎo)和腔之間傳輸?shù)奶囟úㄩL的光強(qiáng)比例。另外，在圖12中，因?yàn)樵诖怪庇谇衅?的方向上引入相對于點(diǎn)缺陷4的非對稱，所以光從點(diǎn)缺陷4以兩個(gè)垂直方向輸出；但也可以通過在平面法線方向上的點(diǎn)缺陷4中引入非對稱而使光只從其中一個(gè)或其它的垂直方向輸出?？梢杂糜谝氪祟惙菍ΨQ的一種機(jī)制例如是一種這樣的方法，即截面為圓形的點(diǎn)缺陷4的直徑沿切片的厚度連續(xù)或不連續(xù)地變化。關(guān)于圖12，雖然圖中的通路加/減濾波器只包含單腔，但很容易理解，通過沿波導(dǎo)設(shè)置大量振蕩波長彼此不同的腔，可以加/減大量信道中的光信號。
對于采用如日本待定專利申請JP2001-272555中公開的受主型點(diǎn)缺陷的腔的大約500的Q因子，包含從此類腔中輸出的光的峰波長最大半寬(FWHM)約為3nm。
但是，正在研究利用多信道信號以大約100GHz、波峰間隔約為0.8nm進(jìn)行WDM通信。這意味著對于日本待定專利申請JP2001-272555中公開的腔，大的Q因子是不夠的，對于3nm的FWHM，該腔完全不足以分開峰波長間隔約為0.8nm的多信道信號。簡言之，還需要提高采用2D光子晶體的腔的Q因子以減小其輸出的峰波譜的FWHM。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于常數(shù)技術(shù)的現(xiàn)狀，本發(fā)明的主要目的在于在2D光子晶體中提供一種高Q腔，并且還在于將此腔與波導(dǎo)組合，從而能夠得到具有較高的波長分辨率的通路加/減濾波器。
根據(jù)本發(fā)明由二維光子晶體中的點(diǎn)缺陷組成的腔的特點(diǎn)在于點(diǎn)缺陷包含大量的彼此相鄰的三到四個(gè)陣點(diǎn)，并且在這些陣點(diǎn)中沒有分布低折射率材料，其特點(diǎn)還在于應(yīng)該布置成與最接近該點(diǎn)缺陷的至少一個(gè)陣點(diǎn)對應(yīng)的低折射率材料移開該陣點(diǎn)移預(yù)定的距離，而二維光子晶體通過以限定在切片中的二維點(diǎn)陣的形式分布折射率低于切片的低折射率材料構(gòu)成。
此處，否則將布置成與至少一個(gè)次鄰近點(diǎn)缺陷的陣點(diǎn)對應(yīng)的低折射率物質(zhì)可以離開陣點(diǎn)預(yù)定的量。另外，最好點(diǎn)缺陷包含六個(gè)或更少的陣點(diǎn)。在腔中振蕩的光波長可以依據(jù)于點(diǎn)缺陷的尺度和形狀調(diào)節(jié)，或者可以通過改變光子晶體的點(diǎn)陣常數(shù)來調(diào)節(jié)。最好點(diǎn)缺陷包含多個(gè)鏈接在一個(gè)線段中的大量陣點(diǎn)。
可以在穿孔切片的柱中填充低折射率材料。二維點(diǎn)陣中的陣點(diǎn)最好排列成三角形點(diǎn)陣。切片最好具有2.0或更大的折射率。
根據(jù)本發(fā)明的包括前述一個(gè)或多個(gè)腔的通路加/減濾波器，包括一個(gè)或多個(gè)由二維光子晶體內(nèi)的線缺陷組成的波導(dǎo)，并且其特征在于該腔設(shè)置在一個(gè)間隔之內(nèi)與波導(dǎo)相鄰，在該間隔內(nèi)濾波器與腔之間產(chǎn)生電磁相互作用。通過包含大量振蕩頻率彼此不同的腔，這類通路加/減濾波器可以用作多信道光通信的通路加/減濾波器。
通過下面結(jié)合附圖的詳細(xì)描述，本發(fā)明的前述及其它目的、特點(diǎn)、優(yōu)點(diǎn)及各個(gè)方面對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員將變得更加清晰。


圖1是用于解釋根據(jù)本發(fā)明的光子晶體中腔的主要特征的平面圖；圖2是2D光子晶體中腔的一個(gè)實(shí)例模擬圖像，表示腔中發(fā)射的光從垂直于切片方向看時(shí)的輻射圖案；圖3是根據(jù)本發(fā)明的腔的一個(gè)實(shí)例模擬圖像，表示腔中發(fā)射的光從垂直于切片方向看時(shí)的輻射圖案；圖4是根據(jù)本發(fā)明的腔的另一個(gè)實(shí)例模擬圖像，表示腔中發(fā)射的光從垂直于切片方向看時(shí)的輻射圖案；圖5是一條表示對于圖1中所示的點(diǎn)缺陷在Г-J方向的位移M與Q因子的關(guān)系曲線；圖6是一條表示從腔中發(fā)射的主光束的側(cè)半功率與位移n的關(guān)系曲線；圖7表示在根據(jù)本發(fā)明的腔的另一個(gè)模擬實(shí)例中從正交于切片看時(shí)的腔發(fā)射光束的輻射圖案；圖8是一個(gè)平面視圖，表示不僅至少一個(gè)對應(yīng)于最接近點(diǎn)缺陷的陣點(diǎn)的穿孔、而且至少一個(gè)對應(yīng)于次接近相鄰陣點(diǎn)的穿孔離開其對于的陣點(diǎn)預(yù)定距離的情形；圖9是一個(gè)表示實(shí)際上由本發(fā)明制造的2D光子晶體中通路加/減濾波器的掃描電子顯微照片(SEM)；圖10是一條表示在包含各種波長的光進(jìn)入圖9所示波導(dǎo)的情況下，在垂直于切片的方向上從腔中發(fā)射的光強(qiáng)與波長之間的關(guān)系曲線；圖11是表示根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)例的通路加/減濾波器的斜視圖；圖12是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)用在2D光子晶體中的通路加/減濾波器的斜視圖；和圖13A和B是表示2D光子晶體中包含大量陣點(diǎn)的施主型缺陷的實(shí)例的平面圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明人首先調(diào)查的2D光子晶體的特性不是由圖12所示的受主型缺陷組成的腔，而是由施主型點(diǎn)缺陷組成的腔。如前所述，施主型缺陷包含一個(gè)或多個(gè)陣點(diǎn)，并且穿孔散落在這些陣點(diǎn)中。
迄今主要研究的是只包含單個(gè)陣點(diǎn)的點(diǎn)缺陷，從鑒于其結(jié)構(gòu)簡單性的觀點(diǎn)出發(fā)，它們易于電磁分解并有最小的尺寸。這意味著對于施主型，包含大量陣點(diǎn)的點(diǎn)缺陷到目前為止還沒有得到廣泛的研究。在這種情況下本發(fā)明人研究了包含大量陣點(diǎn)的施主型點(diǎn)缺陷的特性。
圖13是一個(gè)表示包括含有大量陣點(diǎn)的施主型點(diǎn)缺陷的2D光子晶體的部分平面圖。在該2D光子晶體中，穿孔2設(shè)置在構(gòu)成于切片1內(nèi)的三角形點(diǎn)陣的頂點(diǎn)處。圖13A中的點(diǎn)缺陷4包含以線段形式彼此相鄰的三個(gè)陣點(diǎn)，在這些陣點(diǎn)中不配置穿孔2。同時(shí)，圖13B中的點(diǎn)缺陷4包含以三角形幾何形狀彼此相鄰的三個(gè)陣點(diǎn)，在這些陣點(diǎn)中不配置穿孔2。換言之，可以形成的點(diǎn)缺陷4包含大量彼此一維相鄰的陣點(diǎn)，或者可以形成的點(diǎn)缺陷4包含大量彼此二維相鄰的陣點(diǎn)。
利用公知的有限差時(shí)域(FDTD)法(見日本待定專利申請JP2001-272555)，本發(fā)明人對包含大量陣點(diǎn)的施主型點(diǎn)缺陷進(jìn)行了電磁分析，其中它發(fā)現(xiàn)與由包含一個(gè)或兩個(gè)陣點(diǎn)的施主型點(diǎn)缺陷組成的腔相比，利用包含三個(gè)或更多個(gè)陣點(diǎn)的施主型點(diǎn)缺陷組成的腔獲得較高的Q值。不用說，如果包含在點(diǎn)缺陷中的陣點(diǎn)數(shù)量太多，則振蕩模式數(shù)將很不理想，因此陣點(diǎn)的數(shù)量最好是六個(gè)或更少。
例如，對于圖13A所示的腔，在簡單的基本結(jié)構(gòu)中，Q＝5200，并當(dāng)與波導(dǎo)組合時(shí)，濾波器能夠產(chǎn)生大約2600的Q因子，從腔中輸出的光的FWHM約為0.6nm。另外，考慮到在采用大約100GHz、波長峰值間隔約為0.8nm的多信道信號的WDM光通訊中的交擾，希望Q因子進(jìn)一步提高。
圖1是用于解釋由本發(fā)明限定的腔中主要特征的平面圖。在圖1所示的2D光子晶體中限定三角形頂點(diǎn)的二維點(diǎn)陣，并且在陣點(diǎn)處形成形狀一致的圓滑的管狀穿孔2。三角形點(diǎn)陣中最相鄰的陣點(diǎn)之間的間隔(點(diǎn)陣常數(shù))用a表示。圖1中展示的施主型點(diǎn)缺陷包含彼此相鄰的在線段形式的范圍內(nèi)的三個(gè)陣點(diǎn)；在這些陣點(diǎn)中散布著穿孔2。
根據(jù)本發(fā)明的施主型點(diǎn)缺陷的主要特征在于至少一個(gè)最接近點(diǎn)缺陷而形成的穿孔2離開其對應(yīng)的陣點(diǎn)預(yù)定的距離。在圖1中，彼此成直角的Г-X和Г-J軸表示穿孔2與其對應(yīng)的陣點(diǎn)分開設(shè)置的方向。在圖1中還用標(biāo)識l、m和n標(biāo)識與最接近點(diǎn)缺陷的陣點(diǎn)對應(yīng)地形成的穿孔2離開陣點(diǎn)的方向。應(yīng)該知道，因?yàn)閳D1中所示的位移方向僅僅是出于圖示的目的，所以穿孔2自然可以在任何選擇的方向上移動(dòng)。
以下把最接近點(diǎn)缺陷的穿孔2離開其對應(yīng)的原始陣點(diǎn)的狀態(tài)表述為“位移＝(l，m，n)”。例如，“位移＝(0.1a，0.2a，0.3a)”的表述意味著對應(yīng)于用標(biāo)號l標(biāo)注的箭頭的穿孔從它們對應(yīng)的陣點(diǎn)移開0.1a，同樣還意味著對應(yīng)于用標(biāo)號m標(biāo)注的箭頭的穿孔從它們對應(yīng)的陣點(diǎn)移開0.2a，并且對應(yīng)于用標(biāo)號n標(biāo)注的箭頭的穿孔從它們對應(yīng)的陣點(diǎn)移開0.3a。
由圖1所示施主點(diǎn)缺陷4組成的腔的Q因子和電場圖案(輻射圖案)通過FDTD法激勵(lì)。其激勵(lì)參數(shù)通過將切片選為硅、將波長λ設(shè)置為近似1.55μm(通常用于光通訊)；將點(diǎn)陣常數(shù)a設(shè)置為0.42μm；切片1的厚度設(shè)置為0.6a；穿孔2的截面半徑為0.29a。
對于在這些條件下模擬(l，m，n)＝(0，0，0)的情形，獲得5200的Q因子；圖2表示這種情況下從垂直于切片1的方向看從腔4發(fā)出的光的輻射圖案。對于類似模擬(l，m，n)＝(0，0，0.15a)的情形，獲得43,000的Q因子；圖3標(biāo)識在此情況下從腔中發(fā)出的光的輻射圖案。
從這些模擬試驗(yàn)中可以知道，在包含彼此以線段的形式相鄰的三個(gè)陣點(diǎn)的施主型點(diǎn)缺陷中，與線段兩端相鄰的穿孔從其對應(yīng)的陣點(diǎn)離開0.15a的距離使得Q因子從5200急劇增大到43,000，同時(shí)從圖2和3的比較中可以知道，減小了光的輻射角度。
在另一情況下，通過使(l，m，n)＝(0，0，0.20a)而使位移n較大，可以獲得更高的Q＝100,000；圖4表示在此情況下從腔中發(fā)射的光的輻射圖案。與圖3相比，在圖4中光的輻射角較大，并且圖4中中心的主發(fā)射光束之上或之下的側(cè)瓣(次光束)很顯著。這意味著隨著距離的增大，其中通過該距離的增大、最接近點(diǎn)缺陷4的穿孔2離開其對應(yīng)的陣點(diǎn)，Q因子也趨于增大，但考慮到從腔4中發(fā)出的光的輻射角，位移應(yīng)不必很大。
參見圖5，圖中是一條表示圖1所示點(diǎn)缺陷在Г-J方向的位移n與Q因子之間的關(guān)系曲線。在該曲線中，水平軸表示由點(diǎn)陣常數(shù)a定標(biāo)的位移n，而垂直軸表示Q因子。從圖5中可以知道，對如何通過增大位移n來增大Q因子有一個(gè)限度。具體地說，當(dāng)位移n增大到0.20a時(shí)，Q因子也指數(shù)增加，到達(dá)最大值100,000；但如果位移n進(jìn)一步增大，則Q因子則相反地急劇減小。
在圖6所示的曲線中展示了位移n與主發(fā)射光束側(cè)瓣的功率之間的關(guān)系，如可以從圖4中清楚地看到。在此曲線中，水平軸表示由點(diǎn)陣常數(shù)a定標(biāo)的位移n，而垂直軸表示主發(fā)射光束的側(cè)瓣發(fā)射功率。在圖6中顯見，包含側(cè)瓣的發(fā)射光束輻射角在位移n為0.15a的情況下最小，而在位移n為0.25a的情況下最大。
與穿孔不從陣點(diǎn)移開的情形(l，m，n)＝(0，0，0)相比在位移(l，m，n)＝(0.11a，0.11a，0)的情況下也獲得高的Q＝11,900；圖7表示在此情況下從腔發(fā)出的光的輻射圖案。從與圖3所示情形(l，m，n)＝(0，0，0)相比可知，在圖7中光發(fā)射的輻射角較小。
參見圖8，該圖類似于圖1，表示了不僅至少一個(gè)對應(yīng)于最接近點(diǎn)缺陷4的陣點(diǎn)的穿孔2、而且至少一個(gè)對應(yīng)于次接近陣點(diǎn)的穿孔2均離開陣點(diǎn)預(yù)定距離的情形。雖然提高腔的Q因子最有效的方式是如上所述地將對應(yīng)于最接近點(diǎn)缺陷4的陣點(diǎn)的穿孔移開其對應(yīng)的陣點(diǎn)預(yù)定的距離，但額外地將對應(yīng)于次接近陣點(diǎn)的穿孔2離開其對應(yīng)的陣點(diǎn)預(yù)定的距離也產(chǎn)生使Q因子更換的效果。
參見圖9，掃描電子顯微照片(SEM)表示實(shí)際制造的2D光子晶體的一部分。該2D光子晶體的結(jié)構(gòu)參數(shù)-包括切片1的材料、二維點(diǎn)陣常數(shù)、穿孔2的直徑以及點(diǎn)缺陷4包含的陣點(diǎn)的數(shù)量和布局-與前面的模擬情形一樣，而位移設(shè)置為(l，m，n)＝(0，0，0.15a)。
采用電子束光刻和反應(yīng)離子蝕刻(見日本待定專利申請JP2001-272555)制造圖9所示的光子晶體，并且除了點(diǎn)缺陷4之外，還包括一個(gè)直線波導(dǎo)3。這意味著可以在由點(diǎn)缺陷4構(gòu)成的腔和直線波導(dǎo)3之間傳輸預(yù)定波長的光，從而允許該器件用作通路加/減濾波器。
在圖10所示的曲線中表示了在包含不同波長的光實(shí)際上進(jìn)入圖9所示的波導(dǎo)3的情況下，從腔4中發(fā)出的光在垂直于切片1的方向上的強(qiáng)度與波長之間的關(guān)系。具體是水平軸表示波長(nm)，垂直軸表示光強(qiáng)(任意單位)。從圖10顯見，包含在圖9所示通路加/減濾波器中的腔4從進(jìn)入波導(dǎo)3中的光的波長中分離出波長峰值近似為1578.2nm、以最大半寬(FWHM)約為0.045nm發(fā)射的光，并具有如上述模擬試驗(yàn)所預(yù)期的約為35,100高Q因子?？梢灾?，本發(fā)明人可以提供具有高波長分辨率的通路加/減濾波器。
應(yīng)該知道，雖然在圖9所示的通路加/減濾波器中接近一個(gè)波導(dǎo)只設(shè)置一個(gè)腔，但可以在光通訊中處理多個(gè)波長彼此不同的信道的多通路加/減濾波器自然可以通過近似地沿單個(gè)波導(dǎo)設(shè)置多個(gè)不同振蕩頻率的腔而建立。另外，通過將光纖的端面設(shè)置成近似面對腔4，可以使在垂直于切片1的方向上從腔4發(fā)射處的光進(jìn)入光纖。另外，通過將光電傳感器設(shè)置成大致面對腔4，可以接收到從腔發(fā)出的光的調(diào)制光強(qiáng)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)理解，可以在腔4與光纖端面或光電傳感器之間插入準(zhǔn)直透鏡(準(zhǔn)直器)。
參見圖11，該圖是本發(fā)明另一實(shí)施例中通路加/減濾波器的斜視圖。雖然圖11的通路加/減濾波器與圖9所示的類似，在圖11中腔4設(shè)置得鄰近第一直線波導(dǎo)3a，并且第二波導(dǎo)3b設(shè)置得鄰近腔4。在此例中，如前所述，可以在腔4中將特定波長的光信號與進(jìn)入第一波導(dǎo)3a中的光信號分離，但對于鄰近腔4設(shè)置得的第二波導(dǎo)3b，分離的光信號從腔4不進(jìn)入切片1的垂直平面，而是進(jìn)入第二波導(dǎo)3b。這意味著在采用2D光子晶體的通路加/減濾波器中，穿過一個(gè)波導(dǎo)的光信號中給定波長的光信號可以選擇性地進(jìn)入另一波導(dǎo)。
折射率較大的材料可以理想地用作光子晶體的切片，因?yàn)樗仨氀仄浜穸认薅ü?。在以上所示的本?shí)施例中，采用了Si(硅)切片，但除硅以外可以采用的材料包括IV族半導(dǎo)體，如Ge、Sn、C和SiC；III-V族半導(dǎo)體化合物，如GaAs、InP、GaN、GaP、AlP、AlAs、GaSb、InAs、AlSb、InSb、InGaAsP和AlGaAs；II-VI族半導(dǎo)體化合物，如ZnS，CdS，ZnSe，HgS，MnSe，CdSe，ZnTe，MnTe，CdTe和HgTe；氧化物，如SiO2、Al2O3和TiO2；氮化硅；各類玻璃，如蘇打石灰玻璃；以及有機(jī)物，如Alq3(C27H18AlN3O3)。在由這些切片構(gòu)成的光子晶體中光信號的放大率理想的情況下可以摻入Er。
優(yōu)選的是，切片1的折射率大于空氣折射率，具體地說是2.0或更大，更優(yōu)選為3.0或更大。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)知道，雖然在上述實(shí)施例中穿孔2之內(nèi)存在空氣，但當(dāng)然也可以在穿孔2中填充較切片1的折射率低的材料物質(zhì)。此類物質(zhì)例如導(dǎo)體聚噻吩可以用作低折射率材料。另外，切片1內(nèi)構(gòu)成的二維點(diǎn)陣不限于三角形點(diǎn)陣，也可以構(gòu)造成任何其它選定的規(guī)則的二維點(diǎn)陣。穿孔2的截面不限于圓滑形，也可以是其它形狀；或者可以沿切片厚度改變截面的形狀。
如前所述，本發(fā)明在2D光子晶體中提供Q因子增大的腔，并且通過將此類腔與波導(dǎo)結(jié)合，更使得能夠獲得具有高的波長分辨率的通路加/減濾波器。
雖然只選取了一些實(shí)施例來解釋本發(fā)明，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員從前面的描述中可以顯見，在不脫離本發(fā)明由權(quán)利要求限定的范圍的前提下可以進(jìn)行各種變化和改型。另外，提供的根據(jù)本發(fā)明的前述實(shí)施例只出于舉例說明的目的，不構(gòu)成對本發(fā)明的限定，本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求及其等同物限定。
權(quán)利要求
1.一種由二維光子晶體內(nèi)的點(diǎn)缺陷組成的腔，該腔在一種二維光子晶體中，該晶體由折射率小于切片的低折射率材料以限定在切片中的具有同一尺寸和形狀的二維點(diǎn)陣分布構(gòu)成，其特征在于所述的點(diǎn)缺陷包含所述點(diǎn)陣中的彼此相鄰的多個(gè)陣點(diǎn)，并且在所述的多個(gè)陣點(diǎn)中所述分布不包含所述低折射率材料；和在所述的分布中，至少一種低折射率材料從至少一個(gè)最接近所述點(diǎn)缺陷的陣點(diǎn)移開預(yù)定的距離，而其中所述的至少一種低折射率材料在其他情況下應(yīng)是對應(yīng)于那些最接近點(diǎn)缺陷的陣點(diǎn)中的至少一個(gè)地分布。
2.如權(quán)利要求1所述的腔，其特征在于在所述的分布中，否則將布置成與至少一個(gè)次鄰近點(diǎn)缺陷的陣點(diǎn)對應(yīng)的低折射率物質(zhì)離開至少一個(gè)次鄰近點(diǎn)缺陷的陣點(diǎn)預(yù)定的量。
3.如權(quán)利要求1所述的腔，其特征在于點(diǎn)缺陷包含六個(gè)或更少的陣點(diǎn)。
4.如權(quán)利要求1所述的腔，其特征在于在腔中振蕩的光波長可以依據(jù)于點(diǎn)缺陷的尺度和形狀調(diào)節(jié)。
5.如權(quán)利要求1所述的腔，其特征在于點(diǎn)缺陷包含多個(gè)鏈接在一個(gè)線段中的大量陣點(diǎn)。
6.如權(quán)利要求1所述的腔，其特征在于在穿孔切片的柱中填充低折射率材料。
7.如權(quán)利要求1所述的腔，其特征在于二維點(diǎn)陣中的陣點(diǎn)排列成三角形點(diǎn)陣。
8.如前述任一權(quán)利要求1所述的腔，其特征在于切片具有2.0或更大的折射率。
9.如前述任一權(quán)利要求1所述的腔，其特征在于低折射率材料是空氣。
10.在二維光子晶體中的一種通路加/減濾波器，包括至少一個(gè)由二維光子晶體內(nèi)的線缺陷組成的波導(dǎo)；和至少一個(gè)由前述權(quán)利要求1所述的腔，該腔處于一個(gè)間隔中并與波導(dǎo)相鄰地設(shè)置在所述間隔中在所述腔和所述波導(dǎo)之間產(chǎn)生電磁相互作用。
11.如權(quán)利要求10所述的通路加/減濾波器，包括多個(gè)腔，其特征在于所述的腔在振蕩頻率上彼此不同。
全文摘要
在2D光子晶體中，可以制得高Q因子的腔，其中高Q腔與波導(dǎo)的組合提供了具有高分辨率的通路加/減濾波器。在由2D光子晶體內(nèi)的點(diǎn)缺陷構(gòu)成的腔中，2D光子晶體由一種折射率低于切片的并且尺寸和形狀一致的低折射率材料(2)以限定在切片(1)中的二維點(diǎn)陣的布局構(gòu)成。點(diǎn)缺陷(4)包含大量彼此相鄰的三個(gè)或多個(gè)陣點(diǎn)，在這些陣點(diǎn)中不分布低折射率材料(2)；應(yīng)布置成對應(yīng)于至少一個(gè)最接近點(diǎn)缺陷(4)的陣點(diǎn)的低折射率材料(2)布置成離開該陣點(diǎn)預(yù)定的距離。
文檔編號H01S5/10GK1521524SQ20041000487
公開日2004年8月18日 申請日期2004年2月10日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月10日
發(fā)明者野田進(jìn), 淺野卓, 赤羽良啟, 啟 申請人:京都大學(xué)長, 住友電氣工業(yè)株式會(huì)社