CN101308246A - 波长可调的新型滤波器 - Google Patents

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CN101308246A CNA2007100409140A CN200710040914A CN101308246A CN 101308246 A CN101308246 A CN 101308246A CN A2007100409140 A CNA2007100409140 A CN A2007100409140A CN 200710040914 A CN200710040914 A CN 200710040914A CN 101308246 A CN101308246 A CN 101308246A
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许震宇
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Abstract

波长可调的新型滤波器，包括：沉浸在空气中的两块光子晶体，控制所述两块光子晶体之间相互位置的微机械，该微机械与控制电路相连。该微机械可以是驱使光子晶体进行平动的结构；或，该微机械可以是驱使光子晶体进行转动的结构；或，该微机械可以是既可驱使光子晶体进行平动又可驱使光子晶体进行转动的结构。上述光子晶体包括一维光子晶体、二维光子晶体。上述的波长可调的新型滤波器的应用，可以将该结构用作光源等光学器件。本滤波器具有结构简单、尺寸小、不连续调节、响应时间短、非破坏性等优点，除了用于滤波，还可用于光波或微波的通讯、数据存储、显示以及光电子集成等领域。

Description

波长可调的新型滤波器
技术领域
本发明属于光学器件、微机电领域，涉及滤波器。
背景技术
新兴的功能材料光子晶体具有独特的光带隙特性，可以制成宽带或窄带滤波器、光波导等器件。人们预测，光子晶体将在不久的将来为光通信以及其他相关领域带来根本性的变化。
如果通过某种方式主动调节光子晶体的光带隙特性，就可以得到可调光子晶体。这类光子晶体的应用将更广泛和灵活。调节的方式包括，通过外加的电场、磁场、机械载荷、热载荷或通过注入另一种物质(例如液晶材料)。
中科院物理所的王学华、顾本源、李志远、杨国帧等人设计了一种非圆截面填充物的二维光子晶体，通过沿轴向旋转填充物的方向来改变其光带隙性能(Xue-Hua Wang，Ben-Yuan Gu，Zhi-Yuan Li，and Guo-Zhen Yang，Largeabsolute photonic band gaps created by rotating noncircular rods intwo-dimensional lattices，Phy.Rew.B，1999，60(16)，pp11417-11421)，请参阅图1。当方向角θ由图2的0°变为图3的45°时，在无量纲频率0.36附近会新出现完全带隙，即在这个频率附近的光不管传播方向如何都不会通过该光子晶体。
Wounjhang Park和Jeong-Bong Lee设计了机械可调光子晶体结构(Wounjhang Park，Jeong-Bong Lee，Mechanically tunable photonic crystalstructure，Appl.Phys.Lett.，2004，85(21)，pp4845-4847)。请参阅图4。两端控制电路通过微机械对二维光子晶体施加受拉或受压的力载荷，以改变该光子晶体的周期，从而改变其光学特性。
以上调节方式可统称为机械可调，需通过微机械的方式实现对结构光学性能的调节。
发明内容
本发明的目的是提供一种简单的光子晶体结构的滤波器，可以快速、大幅度地调节透射光波长。
为达到上述目的，本发明的解决方案是：
波长可调的新型滤波器，包括：沉浸在空气中的两块光子晶体，控制所述两块光子晶体之间相互位置的微机械，该微机械与控制电路相连。
进一步，该微机械可以是驱使光子晶体进行平动的结构；或，
该微机械可以是驱使光子晶体进行转动的结构；或，
该微机械可以是既可驱使光子晶体进行平动又可驱使光子晶体进行转动的结构。
上述光子晶体包括一维光子晶体、二维光子晶体。
上述的波长可调的新型滤波器的应用，可以将该结构用作光源等光学器件。
本滤波器具有结构简单、尺寸小、不连续调节、响应时间短、非破坏性等优点。除了用于滤波，还可用于光波或微波的通讯、数据存储、显示以及光电子集成等领域。
附图说明
图1是王学华、顾本源等人设计的机械可调光子晶体示意图；
图2是图1所示结构的偏转角θ为0°时的带隙结构；
图3是图1所示结构的偏转角θ为45°时的带隙结构；
图4是W H Park和J B Lee设计的机械可调光子晶体示意图；
图5是本发明一种实施例的立体结构示意图；
图6是图5所示实施例的的侧面示意图；
图7是图5所示实施例的未重叠时的反射频谱示意图；
图8是图5所示实施例的重叠时的反射频谱示意图；
图9是图5所示实施例的不同间距的反射频谱示意图。
具体实施方式
图3为本发明的一种实施例示意图。包括光纤1，位置保持不动的光子晶体2称为定片，位置发生变化的光子晶体3称为动片，(实际应用中也可将两块都设置为动片，)以及微机电驱动器4。两块光子晶体2、3之间的空气层厚度为d。
光子晶体3与微机电驱动器4相连，微机电驱动器4由控制电路控制。这样，当控制电路接通时，两个驱动器反向移动，带动动片3，使2和3两块光子晶体重叠或分离。驱动器也可以驱动动片3按不同的频率上下振动，这时2和3将按照该频率重叠和分离，从而通过光路来传递电信号的频率信息。
除了驱使光子晶体进行平动的微机电驱动器4，还可以选择使用可以驱使光子晶体进行转动的其他微机械。这些微机械属于现有技术，此不赘述。
结构中的一维光子晶体2、3还可以用二维光子晶体代替，也可以取得相同的效果。
例如，一块一维光子晶体是周期结构，其反射光谱显示该光子晶体具有完整带隙性质。参见图7，波长在535-825nm的入射波将全部被反射而通不过该结构。将另一块一维光子晶体与之对插时，两块光子晶体之间的空隙可看成是缺陷层，光带隙中将出现缺陷态(反射带中的透射窄带)。参见图8，在540-885nm反射频带中有波长为710nm的光可以通过。这样，该结构的光学特性会随着两块光子晶体的重叠和分离，而发生极大地变化。
两块光子晶体之间的距离不同，对应的透射波长也不同。从而，可通过改变两块光子晶体之间的距离，来改变结构的透射波长。参见图9，当两块光子晶体间距分别为18nm、92nm和129nm时，透射光的波长分别为662nm、710nm和735nm。
实现本发明的较佳方式，以滤波为例
高折射率取2.5(ZnSe的折射率)，低折射率为1.37(MgF2的折射率)。空气层的折射率为1。
令一维光子晶体为1/4膜系，λ为中心波长，取为650nm。于是，高折射率层的厚度为65nm，低折射率层的厚度为119nm。这个光子晶体的周期为a＝184nm。如果控制电路驱动一块光子晶体，使两块光子晶体以92nm的间距对插，那么原反射频谱(如图7所示)会突然改变成图8所示的反射频谱，即此时突然有波长为710nm的光波透射通过。
同样道理，如果以18nm和129nm的间距对插时，会突然有波长分别为662nm和735nm的透射光。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1、波长可调的新型滤波器，其特征在于：包括：沉浸在空气中的两块光子晶体，控制所述两块光子晶体之间相互位置的微机械，该微机械与控制电路相连。
2、根据权利要求1所述的波长可调的新型滤波器，其特征在于：该微机械是驱使光子晶体进行平动的结构。
3、根据权利要求1所述的波长可调的新型滤波器，其特征在于：该微机械是驱使光子晶体进行转动的结构。
4、根据权利要求1所述的波长可调的新型滤波器，其特征在于：该微机械是既可驱使光子晶体进行平动又可驱使光子晶体进行转动的结构。
5、根据权利要求1至4中任一所述的波长可调的新型滤波器，其特征在于：所述光子晶体包括一维光子晶体、二维光子晶体。
6、根据权利要求5所述的波长可调的新型滤波器的应用，其特征在于：将该结构用作光源等光学器件。
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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