CN101561531B - 光子晶体t形功率分配器 - Google Patents
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Abstract
光子晶体T形功率分配器，属于材料技术领域，涉及光子晶体应用技术。本发明在现有的光子晶体T形功率分配器的基础上，在所述T形线缺陷的垂直线缺陷和水平线缺陷相交的位置增加一个介质柱，同时分别去掉T形线缺陷的两个直角拐弯处顶点位置上距离所增加的介质柱最近的介质柱。还可以在距离所增加的介质柱一倍晶体周期常数a长度的左右两边及下边的位置上分别再增加一个介质柱；同时分别去掉T形线缺陷的两个直角拐弯处距离垂直线缺陷和水平线缺陷的交点位置最近的三个介质柱。本发明的优点是改进的T形光子晶体功率分配器在通带的幅频特性平坦度高，而且降低了T形功率分配器两个输出端间的相互影响，具有更好的实用性。
Description
技术领域
本发明属于材料技术领域，涉及光子晶体应用技术，具体涉及基于光子晶体的功率分配器。
背景技术
光于晶体概念是由Eli Yablonovitch和Sajeev John在1987年各自独立地提出来的。光子晶体是一种介电常数空间周期性变化、晶格常数可与光波长相比、且具有光子带隙结构，能控制光子传播状态的新型人工材料。光子晶体的基本特征是具有光子禁带，频率落在禁带中的电磁波是禁止传播的。光子晶体的另一个主要特征是光子局域，如果在光子晶体的周期性结构中掺入杂质或引入某种缺陷，那么和缺陷态频率相吻合的光子将被局域在缺陷位置。光子晶体引入点缺陷形成微腔，引入线缺陷形成光波导，引入面缺陷形成完全镜面。用光子晶体的独特性质，基于光子晶体的光波导、滤波器、微腔、反射器等新型功能器件相继涌现。
当在光子晶体中引入线缺陷后，频率落在缺陷态中的光波将呈现很强的局域态，因而只能沿线缺陷传播。由于光子晶体波导基于禁带导光，所以在转角处可以有效地减少能量损失，特别在转角为90°情况下，相比传统波导而言能量损失非常小，光子晶体极小的弯曲损耗使得光子晶体有利于器件集成。在直角波导的基础上形成的T形光子晶体功率分配器可使输入信号均匀地分成两路，但现有的光子晶体T形功率分配器(如图2所示)存在整个通带内幅频特性不够平坦，且两个输出端之间隔离度不高而产生相互影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光子晶体T形功率分配器。相对于现有的光子晶体T形功率分配器，本发明提供的光子晶体T形功率分配器具有通带内幅频特性平坦度更高和两个输出端口间的相互影响更小的特点。
本发明技术方案如下：
现有的光子晶体T形功率分配器，如图1、2所示，包括介质基板1和位于介质基板上的光子晶体；所述光子晶体由周期性均匀分布于介质基板上的介质柱3构成，且具有T形线缺陷；所述T形线缺陷线宽为光子晶体周期常数a的2倍。
本发明提供的一种光子晶体T形功率分配器，在现有的光子晶体T形功率分配器的基础上，通过改进T形线缺陷的结构得到，如图4所示：在所述T形线缺陷的垂直线缺陷和水平线缺陷相交的位置增加一个介质柱，同时分别去掉T形线缺陷的两个直角拐弯处顶点位置上距离所增加的介质柱最近的介质柱。
本发明提供的另一种光子晶体T形功率分配器，在现有的光子晶体T形功率分配器的基础上，通过改进T形线缺陷的结构得到，如图5所示：在所述T形线缺陷的垂直线缺陷和水平线缺陷相交的位置增加一个介质柱，并在距离该介质柱一倍晶体周期常数a长度的左右两边及下边的位置上分别增加一个介质柱；同时分别去掉T形线缺陷的两个直角拐弯处距离垂直线缺陷和水平线缺陷的交点位置最近的三个介质柱。
本发明所述的光子晶体T形功率分配器利用波导拐弯处的结构改变，影响光子晶体在波导拐弯处的局域态，从而调整功率分配器在通带内的幅频特性，同时降低两个输出端的相互影响。
本发明的有益效果是：
本发明提供的光子晶体T形功率分配器相对于现有的光子晶体T形功率分配器而言，具有通带内幅频特性平坦度更高和两个输出端口间的相互影响更小的特点。
附图说明：
图1：光子晶体截面示意图。
图2.：光子晶体局部放大示意图。
图3：现有的光子晶体T形功率分配器普通型结构示意图。
图4：本发明提供的一种光子晶体T形功率分配器结构示意图。
图5：本发明提供的另一种光子晶体T形功率分配器结构示意图。
图6：几种不同结构的光子晶体T形功率分配器在1.12THz至1.22THz频段幅频特性的比较。
具体实施方式
现有的光子晶体T形功率分配器，如图1、2所示，包括介质基板1和位于介质基板上的光子晶体；所述光子晶体由周期性均匀分布于介质基板上的介质柱3构成，且具有T形线缺陷；所述T形线缺陷线宽为光子晶体周期常数a的2倍。
具体实施方式一
本发明提供的一种光子晶体T形功率分配器，在现有的光子晶体T形功率分配器的基础上，通过改进T形线缺陷的结构得到，如图4所示：在所述T形线缺陷的垂直线缺陷和水平线缺陷相交的位置增加一个介质柱，同时分别去掉T形线缺陷的两个直角拐弯处顶点位置上距离所增加的介质柱最近的介质柱。
具体实施方式二
本发明提供的另一种光子晶体T形功率分配器，在现有的光子晶体T形功率分配器的基础上，通过改进T形线缺陷的结构得到，如图5所示：在所述T形线缺陷的垂直线缺陷和水平线缺陷相交的位置增加一个介质柱，并在距离该介质柱一倍晶体周期常数a长度的左右两边及下边的位置上分别增加一个介质柱；同时分别去掉T形线缺陷的两个直角拐弯处距离垂直线缺陷和水平线缺陷的交点位置最近的三个介质柱。
仿真说明：
(一)1.12THz至1.22THz频段T形光子晶体功率分配器幅频特性的改善
设计的光子晶体周期a＝100μm，选择太赫兹频段损耗小、一致性好的单晶本征高阻硅为介质柱材料，其折射率为3.417，光子晶体介质柱半径为18μm，背景材料为空气，光子晶体的线缺陷宽度为光子晶体周期常数a的2倍。仿真结果表面：当太赫兹波通过不同结构的光子晶体T形功率分配器，其通带内的幅频特性会有差异，如图6所示，现有技术方案、本发明具体实施方式一和本发明具体实施方式二三种不同结构的光子晶体T形功率分配器在1.12至1.22THz通带的幅频特性平坦度分别为76％，84％和92％。
(二)112.42THz至121.79THz频段T形光子晶体功率分配器幅频特性的改善
设计的光子晶体周期a＝1μm，选择本征砷化镓为介质柱材料，其折射率为3.4，光子晶体介质柱半径为0.18μm，背景材料为空气，光子晶体的线缺陷宽度为光子晶体周期常数a的2倍，当信号通过不同结构的光子晶体T形功率分配器，其通带内的幅频特性会有差异，如图7所示，现有技术方案、本发明具体实施方式一和本发明具体实施方式二三种不同结构的光子晶体T形功率分配器在112.42THz至121.79THz通带的幅频特性平坦度分别为89.01％，96.03％，84.96％。
Claims (2)
1.光子晶体T形功率分配器，包括介质基板(1)和位于介质基板上的光子晶体；所述光子晶体由周期性均匀分布于介质基板上的介质柱(3)构成，且具有T形线缺陷；所述T形线缺陷线宽为光子晶体周期常数a的2倍；
其特征在于，在所述T形线缺陷的垂直线缺陷和水平线缺陷相交的位置增加一个介质柱，同时分别去掉T形线缺陷的两个直角拐弯处顶点位置上距离所增加的介质柱最近的介质柱。
2.根据权利要求1所述的光子晶体T形功率分配器，其特征在于，在距离所增加的介质柱一倍晶体周期常数a长度的左右两边及下边的位置上分别增加一个介质柱；同时再分别去掉T形线缺陷的两个直角拐弯处距离垂直线缺陷和水平线缺陷的交点位置最近的两个介质柱。
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