信號(hào)分插復(fù)用模塊和信號(hào)分插復(fù)用器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種信號(hào)分插復(fù)用模塊和信號(hào)分插復(fù)用器，所述信號(hào)分插復(fù)用模塊，包括第一光子晶體、第二光子晶體和第三光子晶體；第一光子晶體、第二光子晶體為磁光材料柱所構(gòu)成的光子晶體，第三光子晶體為非磁光材料柱所構(gòu)成的光子晶體；第三光子晶體分別與第一光子晶體、第二光子晶體間形成具有單向?qū)Рㄌ匦缘墓膊▽?dǎo)、本地波導(dǎo)，第三光子晶體中包含一個(gè)由非磁光材料柱所構(gòu)成的單模缺陷腔；還包括用于產(chǎn)生磁場(chǎng)的磁場(chǎng)發(fā)生器。實(shí)施本發(fā)明的信號(hào)分插復(fù)用模塊和信號(hào)插復(fù)用器，由于公共波導(dǎo)和本地波導(dǎo)皆為單向波導(dǎo)，當(dāng)其通過(guò)單模缺陷腔進(jìn)行耦合時(shí)，上、下載效率高；通過(guò)改變單模缺陷腔的具體尺寸，對(duì)不同的信號(hào)進(jìn)行分插復(fù)用，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，拓展性好。
【專利說(shuō)明】信號(hào)分插復(fù)用模塊和信號(hào)分插復(fù)用器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光子晶體領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，涉及一種信號(hào)分插復(fù)用模塊和信號(hào)分插復(fù)用器。
【背景技術(shù)】
[0002]分插復(fù)用技術(shù)是光網(wǎng)絡(luò)通信的一項(xiàng)核心技術(shù)。光子晶體結(jié)構(gòu)由于其對(duì)光的束縛、調(diào)節(jié)能力強(qiáng)，其制作的相關(guān)器件結(jié)構(gòu)緊湊、設(shè)計(jì)靈活，可達(dá)波長(zhǎng)量級(jí)，符合器件高度集成的發(fā)展需求，因而使用光子晶體制作分插復(fù)用器件是一個(gè)重要的研發(fā)方向。
[0003]當(dāng)前采用光子晶體設(shè)計(jì)的平面分插復(fù)用濾波器，按耦合器的種類分主要分為兩種，一種是光子晶體微腔，另一種是微環(huán)結(jié)構(gòu)。首先提出光子晶體微腔結(jié)構(gòu)的是美國(guó)麻省理工的小組，他們提出兩種結(jié)構(gòu):單腔耦合器或雙腔耦合器。其中對(duì)于單腔耦合器，要想獲得良好的濾波性能，必須同時(shí)激發(fā)單腔的兩個(gè)不同對(duì)稱性的簡(jiǎn)并模，這對(duì)于實(shí)際材料而言設(shè)計(jì)復(fù)雜、很難實(shí)現(xiàn)；相對(duì)容易的是雙腔耦合器設(shè)計(jì)，以及后來(lái)研究人員引入反射機(jī)構(gòu)(如選擇性的反射腔)的方法。不過(guò)由于其濾波特性強(qiáng)烈地受到雙腔間的相位調(diào)制，對(duì)設(shè)計(jì)及制造的要求很高，因此近年來(lái)更多的研究采用的是微環(huán)結(jié)構(gòu)的耦合器。雖然該類結(jié)構(gòu)理論上可以達(dá)到很高的濾波效率，但微環(huán)結(jié)構(gòu)也有自身無(wú)法消除的輻射損耗和其他限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于，針對(duì)上述光子晶體分插復(fù)用器件設(shè)計(jì)復(fù)雜、加工精度要求高，而實(shí)際器件的濾波效率不太高的問(wèn)題，提供一種信號(hào)分插復(fù)用器和信號(hào)分插復(fù)用器。
[0005]本發(fā)明解決上述問(wèn)題的方案是，提供一種信號(hào)分插復(fù)用模塊，包括第一光子晶體、第二光子晶體和第三光子晶體；第一光子晶體、第二光子晶體為磁光材料柱所構(gòu)成的光子晶體，第三光子晶體為非磁光材料柱所構(gòu)成的光子晶體；第三光子晶體分別與第一光子晶體、第二光子晶體間形成具有單向?qū)Рㄐ阅艿墓膊▽?dǎo)、本地波導(dǎo)，公共波導(dǎo)、本地波導(dǎo)中信號(hào)的傳播方向可分別由加在第一光子晶體、第二光子晶體上的磁場(chǎng)方向進(jìn)行控制。第三光子晶體中包含一個(gè)由非磁光材料柱所構(gòu)成的單模缺陷腔，用于進(jìn)行信號(hào)過(guò)濾；還包括用于產(chǎn)生磁場(chǎng)的磁場(chǎng)發(fā)生器，磁場(chǎng)發(fā)生器產(chǎn)生施加在第一光子晶體和第二光子晶體上的磁場(chǎng)。
[0006]本發(fā)明的信號(hào)分插復(fù)用模塊，第一光子晶體和第二光子晶體為正方形晶格點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，第三光子晶體為與第一光子晶體、第二光子晶體的正方形晶格點(diǎn)陣成45°夾角的正方形晶格點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)。
[0007]本發(fā)明的信號(hào)分插復(fù)用模塊中，第一光子晶體、第二光子晶體使用的材料為磁光材料，包括釔鐵石榴石或其它磁光介質(zhì)，第三光子晶體所使用的材料為非磁光材料，包括鋁或其它高折射率材料。
[0008]本發(fā)明的信號(hào)分插復(fù)用模塊中，單模缺陷腔所使用的材料為非磁光材料，包括鋁或其它高折射率材料。[0009]本發(fā)明的信號(hào)分插復(fù)用模塊中，公共波導(dǎo)為直線型波導(dǎo)。本地波導(dǎo)為折線型波導(dǎo)。
[0010]本發(fā)明還提供一種多通道信號(hào)分插復(fù)用器，包括多個(gè)信號(hào)分插復(fù)用模塊，多個(gè)信號(hào)分插復(fù)用模塊的第一光子晶體、第二光子晶體、第三光子晶體相同，單模缺陷腔的半徑彼此相異，信號(hào)分插復(fù)用模塊的公共波導(dǎo)拼接成一個(gè)波導(dǎo)。
[0011]實(shí)施本發(fā)明的信號(hào)分插復(fù)用模塊和信號(hào)分插復(fù)用器具有以下的有益效果:首先，由于公共波導(dǎo)和本地波導(dǎo)皆為單向波導(dǎo)，當(dāng)其通過(guò)單模缺陷腔進(jìn)行耦合時(shí)，運(yùn)用耦合模理論(coupled mode theory)可證明上、下載效率可達(dá)100%。其次，由于通過(guò)改變單模缺陷腔的具體尺寸，可以對(duì)不同的信號(hào)進(jìn)行分插復(fù)用，并且各相鄰模塊間無(wú)相互干擾，當(dāng)需要同時(shí)進(jìn)行多種頻率的信號(hào)操作時(shí)，可以直接將模塊進(jìn)行拼合處理，設(shè)計(jì)十分簡(jiǎn)單。最后，同一模塊中，通過(guò)控制第二光子晶體上的磁場(chǎng)方向，可以選擇不同的輸出端口。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明，其中:
[0013]圖1為本發(fā)明信號(hào)分插復(fù)用模塊的原理結(jié)構(gòu)圖；
[0014]圖2為本發(fā)明第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖3為不同半徑的單模缺陷腔對(duì)應(yīng)的工作頻率；
[0016]圖4為單模缺陷腔中微柱半徑為I毫米時(shí)的透射特性；
[0017]圖5為公共波導(dǎo)耦合至本地波導(dǎo)的效果示意圖；
[0018]圖6為另一則公共波導(dǎo)耦合至本地波導(dǎo)的效果示意圖；
[0019]圖7為本地波導(dǎo)耦合至公共波導(dǎo)的效果示意圖；
[0020]圖8為另一則本地波導(dǎo)耦合至公共波導(dǎo)的效果示意圖；
[0021]圖9為本發(fā)明第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖10為本發(fā)明第二實(shí)施例的透射特性；
[0023]圖1la為第二實(shí)施例4.66316GHz信號(hào)從公共波導(dǎo)耦合至本地波導(dǎo)的傳輸效果圖；
[0024]圖1lb為第二實(shí)施例另一則4.66316GHz信號(hào)從公共波導(dǎo)耦合至本地波導(dǎo)的傳輸效果圖；
[0025]圖1lc為第二實(shí)施例4.6473GHZ信號(hào)從公共波導(dǎo)耦合至本地波導(dǎo)的傳輸效果圖；
[0026]圖1ld為第二實(shí)施例另一則4.6473GHZ信號(hào)從公共波導(dǎo)耦合至本地波導(dǎo)的傳輸效果圖；
[0027]圖12a為第二實(shí)施例4.66316GHz信號(hào)從本地波導(dǎo)耦合至公共波導(dǎo)的傳輸效果圖；
[0028]圖12b為第二實(shí)施例另一則4.66316GHz信號(hào)從本地波導(dǎo)耦合至公共波導(dǎo)的傳輸效果圖；
[0029]圖12c為第二實(shí)施例4.6473GHZ信號(hào)從本地波導(dǎo)耦合至公共波導(dǎo)的傳輸效果圖；
[0030]圖12d為第二實(shí)施例另一則4.6473GHZ信號(hào)從本地波導(dǎo)耦合至公共波導(dǎo)的傳輸效果圖；
[0031]圖13為多個(gè)信號(hào)分插復(fù)用模塊拼接成信號(hào)分插復(fù)用器的示意圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0032]以下結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0033]如圖1所示為本發(fā)明信號(hào)分插復(fù)用模塊的原理結(jié)構(gòu)圖，在兩個(gè)由磁光材料做成的第一光子晶體100和第二光子晶體200之間引入非磁光材料的第三光子晶體300,第一光子晶體100和第二光子晶體200為磁光材料柱所構(gòu)成的光子晶體；第三光子晶體300分別與第一光子晶體100、第二光子晶體200間形成具有單向?qū)Рㄐ阅艿墓膊▽?dǎo)310、本地波導(dǎo)320，第三光子晶體300中包含一個(gè)由非磁光材料柱所構(gòu)成的單模缺陷腔301，通過(guò)改變?cè)摲谴殴獠牧现陌霃剑梢詫?duì)不同頻率的信號(hào)進(jìn)行濾波；信號(hào)分插復(fù)用模塊還包括磁場(chǎng)發(fā)生器，用于產(chǎn)生施加在第一光子晶體100、第二光子晶體200上平行于Z方向的控制磁場(chǎng)，控制磁場(chǎng)使信號(hào)在公共波導(dǎo)310、本地波導(dǎo)320單向傳播。由于無(wú)需用磁場(chǎng)控制單模缺陷腔，控制的難度大大降低。
[0034]如圖2所示為本發(fā)明信號(hào)分插復(fù)用模塊的第一實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖，本實(shí)施例中，信號(hào)分插復(fù)用模塊包括第一光子晶體100、第二光子晶體200和設(shè)置在兩者之間的第三光子晶體300，第三光子晶體300與第一光子晶體100、第二光子晶體200之間形成具有單向?qū)Рㄐ阅艿墓膊▽?dǎo)310和本地波導(dǎo)320。第一光子晶體100、第二光子晶體200、第三光子晶體300均為二維光子晶體。第二光子晶體200與第三光子晶體300間形成的本地波導(dǎo)320，形狀為半“回”字形結(jié)構(gòu)，即直線型波導(dǎo)通過(guò)兩次彎折90°，波導(dǎo)端口位于同側(cè)的折線形波導(dǎo)。這樣，通過(guò)選擇加在第二光子晶體200上的磁場(chǎng)方向，就能夠選擇耦合到本地波導(dǎo)320的電磁波從321或322端口出射。由于本發(fā)明所采用的單向傳輸模對(duì)拐彎等缺陷不敏感，在本實(shí)施例中，波導(dǎo)使用的是半“回”字形的結(jié)構(gòu)，實(shí)際使用中根據(jù)需要，此結(jié)構(gòu)亦可優(yōu)化調(diào)整。
[0035]在本實(shí)施例中，第一光子晶體100和第二光子晶體200為釔鐵石榴石(YttriumIron Garnet, HG)柱所構(gòu)成的光子晶體,為正方形晶格點(diǎn)陣結(jié)構(gòu),半徑為aft O毫米，晶格常數(shù)為1^=36.8毫米,介電常數(shù)為15 ε ^ ( ε ^為真空介電常數(shù))。第三光子晶體300為招(Al)柱子所構(gòu)成的光子晶體，亦為正方形晶格點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，與第一光子晶體、第二光子晶體的正方形晶格點(diǎn)陣成45°夾角。晶格常數(shù)1*3=26.0毫米的，半徑為％=3.9毫米，介電常數(shù)取為10 ε。。在第三光子晶體300中，距離公共波導(dǎo)310和本地波導(dǎo)320相同長(zhǎng)度的位置上，設(shè)置由鋁柱構(gòu)成的圓柱，此鋁柱半徑為I毫米，小于第三光子晶體中的鋁柱，因此形成一個(gè)單模缺陷腔301。
[0036]以上僅為本實(shí)施例的具體尺寸，在針對(duì)不同的傳輸信號(hào)時(shí)，上述的a1; a2，a3，r1； r3等具體的數(shù)值可適應(yīng)性改變。
[0037]在本實(shí)施例中，傳播的信號(hào)主要為4GHz至5GHz的頻率信號(hào)，B1可適當(dāng)選擇3.5~4.5毫米；r1可適當(dāng)選擇35.0-40.0毫米；r3可對(duì)應(yīng)于r1選擇24.7^28.3毫米；單模缺陷腔301的半徑可適當(dāng)選擇1.5~2.5毫米。
[0038]本實(shí)施例的信號(hào)分插復(fù)用模塊還包括磁場(chǎng)發(fā)生器,磁場(chǎng)發(fā)生器產(chǎn)生的磁場(chǎng)作用在第一光子晶體100、第二光子晶體200上，磁場(chǎng)的方向?yàn)?Z或-Z (垂直紙面向外或向里)，通過(guò)選擇合適的磁場(chǎng)方向可以令公共波導(dǎo)310和本地波導(dǎo)320中傳播的信號(hào)沿單向傳播。如下表所示:
[0039]表1[0040]
【權(quán)利要求】
1.一種信號(hào)分插復(fù)用模塊，其特征在于，包括第一光子晶體、第二光子晶體和第三光子晶體；第一光子晶體、第二光子晶體為磁光材料柱所構(gòu)成的光子晶體，第三光子晶體為非磁光材料柱所構(gòu)成的光子晶體；第三光子晶體設(shè)置在第一光子晶體、第二光子晶體之間，分別與第一光子晶體、第二光子晶體在交界面處形成具有單向?qū)Рㄌ匦缘墓膊▽?dǎo)、本地波導(dǎo)，第三光子晶體中包含一個(gè)由非磁光材料柱所構(gòu)成的單模缺陷腔，用于進(jìn)行信號(hào)濾波；還包括用于產(chǎn)生磁場(chǎng)的磁場(chǎng)發(fā)生器，磁場(chǎng)發(fā)生器產(chǎn)生的磁場(chǎng)施加在第一光子晶體和第二光子晶體上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號(hào)分插復(fù)用模塊，其特征在于，第一光子晶體和第二光子晶體為正方形晶格點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，第三光子晶體為與第一光子晶體、第二光子晶體的正方形晶格點(diǎn)陣成45°夾角的正方形晶格點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的信號(hào)分插復(fù)用模塊，其特征在于，所述的單模缺陷腔的材料為招。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的信號(hào)分插復(fù)用模塊，其特征在于，所述的第一光子晶體、第二光子晶體使用的磁光材料為釔鐵石榴石。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的信號(hào)分插復(fù)用模塊，其特征在于，所述的第三光子晶體中的介質(zhì)柱為鋁。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號(hào)分插復(fù)用模塊，其特征在于，所述公共波導(dǎo)為直線型波導(dǎo)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號(hào)分插復(fù)用模塊，其特征在于，所述本地波導(dǎo)為折線型波導(dǎo)。
8.—種多通道信號(hào)分插復(fù)用器，其特征在于，包括多個(gè)如權(quán)利要求1-7中任一所述的信號(hào)分插復(fù)用模塊，多個(gè)下載單向波導(dǎo)，多個(gè)上載單向波導(dǎo)，各個(gè)信號(hào)分插復(fù)用模塊的第一光子晶體、第二光子晶體、第三光子晶體彼此相同，單模缺陷腔的半徑彼此相異，各信號(hào)分插復(fù)用模塊的公共波導(dǎo)拼接成一個(gè)波導(dǎo)。
【文檔編號(hào)】G02F1/295GK103901541SQ201210571981
【公開(kāi)日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2012年12月25日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月25日
【發(fā)明者】陶科玉, 歐陽(yáng)征標(biāo), 鄭耀賢 申請(qǐng)人:深圳大學(xué)