專利名稱：一種二維硅基的光子晶體慢光波導裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于光學技術領域，涉及一種二維硅基的光子晶體慢光波導裝置，尤其是一種漸變線缺陷光子晶體慢光波導結構，是由圓弓形散射元構建的太赫茲頻域二維硅基孔狀縱向漸變線缺陷光子晶體慢光波導結構。
背景技術：
慢光效應是電磁波具有比光速低很多的群速度，以便于傳輸信息的緩存和處理，可以廣泛應用于光學延時線和緩沖器等領域。光子晶體慢光結構或裝置，由于其結構微小緊湊、傳輸損耗少和室溫運行等特點，在全光通信系統(tǒng)和全光信息處理的應用中具有無可比擬的優(yōu)勢；目前，光子晶體慢光波導主要有線缺陷波導和點缺陷耦合波導兩種形式，但是要獲得較低的群速度，二者都遇到有較大色散存在的問題。研究發(fā)現(xiàn)，線缺陷波導中的光波群速度一般較大，但色散相對較??；點缺陷耦合波導，可以實現(xiàn)較小的群速度，但其色散較大，信號容易失真，要實現(xiàn)信號的保真?zhèn)鬏?，必須有效地減少色散，所以很多研究者傾向于使用線缺陷波導，并提出很多獲得帶寬較寬、色散較低的慢光效果的方法，如可以通過增加或減少線缺陷的寬度或在線缺陷中間加平行縫隙，調整空氣孔的半徑，引入啁啾波導或異質結構，將靠近線缺陷的兩排空氣孔沿波導方向平移、并改變其間距的大小，將波導缺陷注入微流體等等。但是，上述研究主要集中在結構的周期性排列方面，所采用的散射元主要是圓柱形，只有少量研究改變了散射元的形狀，但沒有用到漸變結構，其結果也不盡理想。漸變光子晶體結構是光子晶體結構的一種新發(fā)展，它打破了原來結構周期性變化的模式，將結構改為一種漸變模式一維光子晶體漸變結構已被應用于擴大光波導或光纖的帶隙，改善相對介電常數(shù)和磁導率，或作為鏡面控制帶隙等方面；二維光子晶體的漸變結構主要用于使光轉彎，改變具有負折射率結構的點陣間距，及制作具有負折射率的透鏡，光子晶體耦合器等。目前還尚未見有將二維漸變線缺陷波導結構應用于光子晶體慢光的研究；很多研究者認為漸變過程破壞了結構的對稱性，慢光效應會減弱，甚至不能形成慢光效應?，F(xiàn)有的技術已證明慢光效應可以用于光延遲、全光緩存、光存儲和光與材料相互作用等方面，光子晶體結構具有體積很小、易于集成，可以通過設計結構來控制慢光效果，工作環(huán)境沒有特殊要求，可以在常溫下工作，便于與光纖系統(tǒng)耦合匹配等；而且，光子晶體慢光結構的實現(xiàn)，會帶動全光緩存、全光信息處理、全光通信網(wǎng)絡應用的突破，將會對全光信息發(fā)展產(chǎn)生深遠的影響；尋求設計一種圓弓形散射元構建的二維硅基孔狀縱向漸變線缺陷光子晶體慢光波導結構，可以很好地實現(xiàn)低色散、低群速的寬帶慢光，廣泛應用于全光信息的緩存和處理，具有重要的現(xiàn)實應用價值。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術存在的缺點，尋求設計一種高群折射率、低色散的寬帶慢光效應，制備一種帶寬較大，易于加工實現(xiàn)的慢光波導結構，特別是制備一種圓弓形散射元構建的太赫茲頻域二維硅基孔狀縱向漸變線缺陷波導結構或裝置；圓弓形散射元由兩個圓缺復合而成，具有多個自由度可調兩個側面的曲率不變(引起的色散小)的特點，通過參數(shù)調整可產(chǎn)生很好的禁帶和慢光效應；將圓弓形散射元應用到光子晶體線缺陷波導，在晶格常數(shù)不變的情況下，逐漸改變圓弓形散射元的大小，其構建的線缺陷漸變波導結構在低色散(群折射率變化范圍118在± 10%內)、超低色散(群折射率變化范圍118在± 1%內)和接近零色散三種情況下，獲得比一般結構高的群折射率和較寬的平坦帶寬，實現(xiàn)慢光波導結構的優(yōu)化和信號的保真?zhèn)鬏?；由于微加工精度在?0nm，所以選擇工作波長是太赫茲頻域，光子晶體的晶格常數(shù)及其誤差可根據(jù)工作波長等比例放大或縮小，隨著加工誤差的減小，可用于紅外和可見光。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明涉及的圓弓形散射元構建的太赫茲頻域二維硅基孔狀縱向漸變線缺陷光子晶體慢光波導裝置，其主體結構包括二維硅片、圓弓形散射元、線缺陷、硅片長邊和硅片短邊；在方形結構的二維硅片的表面上沿硅片長邊的方向順序排列挖制以二維硅片中心線為對稱軸的6-10排圓弓形散射元，在二維硅片的對稱軸上留有一排不挖圓弓形散射元而構成線缺陷；每排圓弓形散射元上等間隔挖制5-30個圓弓形散射元；圓弓形散射元的 排列結構固定，除線缺陷外，圓弓形散射元的中心在二維硅片的硅面呈六邊形排列，六邊形邊長等于晶格常數(shù)a;圓弓形散射元為兩個半圓缺對合構成，圓弓形散射元的長軸半徑b和短軸半徑c滿足Λ b=0. 002a的漸變規(guī)律；二維硅片上分別順序排列挖空式制有的通透狀的圓弓形散射元為對稱結構；線缺陷的方向與圓弓形散射元的長軸方向平行；晶格常數(shù)a=65 μ m,圓弓形與圓形的偏差度e=l_c/b，其取值為O. 25彡e彡O. 60 ;漸變結構根據(jù)參數(shù)e的不同取值，長軸b從O. 4a開始，漸變步長Λ b=0. 002a，短軸半徑c則根據(jù)長軸和b偏差度e變化。本發(fā)明涉及的慢光波導裝置在高群折射率、低色散的條件下，具有平坦帶寬的慢光效應；其群折射率ng和色散的關系由公式(I)表示
權利要求
1.一種二維硅基的光子晶體慢光波導裝置，其特征在于其主體結構包括二維硅片、 圓弓形散射元、線缺陷、硅片長邊和硅片短邊；在方形結構的二維硅片的表面上沿硅片長邊的方向順序排列挖制以二維硅片中心線為對稱軸的6-10排圓弓形散射元，在二維硅片的對稱軸上留有一排不挖圓弓形散射元而構成線缺陷；每排圓弓形散射元上等間隔挖制 5-30個圓弓形散射元；圓弓形散射元的排列結構固定，除線缺陷外，圓弓形散射元的中心在二維硅片的硅面呈六邊形排列，六邊形邊長等于晶格常數(shù)a;圓弓形散射元為兩個半圓缺對合構成，圓弓形散射元的長軸半徑b和短軸半徑c滿足Λ b=0. 002a的漸變規(guī)律；二維硅片上分別順序排列挖空式制有的通透狀的圓弓形散射元為對稱結構；線缺陷的方向與圓弓形散射元的長軸方向平行；晶格常數(shù)a=65ym，圓弓形與圓形的偏差度e=l_c/b，其取值為O. 25 < e < O. 60 ;漸變結構根據(jù)參數(shù)e的不同取值，長軸b從O. 4a開始，漸變步長 Δ b=0. 002a,短軸半徑c則根據(jù)長軸和b偏差度e變化。
2.根據(jù)權利要求1所述的二維硅基的光子晶體慢光波導裝置，其特征在于涉及的慢光波導裝置在高群折射率、低色散的條件下，具有平坦帶寬的慢光效應；其群折射率ng和色散的關系由公式(I)表示
3.根據(jù)權利要求1所述的二維硅基的光子晶體慢光波導裝置，其特征在于實現(xiàn)慢光效應時由計算機控制，先由太赫茲波源發(fā)出太赫茲脈沖信號，脈沖信號通過起偏器后變成線偏振光進入偏振分束器，再將脈沖信號的其中一路直接用光纖進入功率放大器，另一路通過光纖透鏡準直聚焦引入到光子晶體慢光波導裝置，脈沖信號經(jīng)過光子晶體慢光波導裝置后，使用光纖透鏡將出射光耦合進入光纖中，然后再進入功率放大器；功率放大器對接收的兩路信號進行放大后通過光電二極管將脈沖信號轉換為電信號，再將轉化后的電信號輸入網(wǎng)絡分析儀；然后對兩路信號的相位在計算機上進行比較，得出其包絡的相位差，排除其他干擾因素，得到光在光子晶體慢光波導裝置中通過時產(chǎn)生的相位變化并計算出慢光效應。
全文摘要
本發(fā)明屬于光學技術領域，涉及一種二維硅基的光子晶體慢光波導裝置，在二維硅片的表面上沿硅片長邊的方向順序排列挖制以二維硅片中心線為對稱軸的圓弓形散射元，在二維硅片的對稱軸上留有一排不挖圓弓形散射元而構成線缺陷；每排圓弓形散射元上等間隔挖制5-30個圓弓形散射元；圓弓形散射元為兩個半圓缺對合構成，二維硅片上分別順序排列挖空式制有的通透狀的圓弓形散射元為對稱結構；線缺陷的方向與圓弓形散射元的長軸方向平行；圓弓形散射元的排列結構固定；無需復雜龐大的系統(tǒng)，具有體積小、成本低、穩(wěn)定性高、效率高和簡單易行的特點，群折射率高，慢光帶寬大，信號保真好，是一種新型的光子晶體慢光結構。
文檔編號G02B6/122GK103048845SQ20131001191
公開日2013年4月17日 申請日期2013年1月11日 優(yōu)先權日2013年1月11日
發(fā)明者萬勇, 潘淑娣, 郭月 申請人:青島大學