CN102183815A - 填充有折射率温度敏感材料的光子晶体及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种禁带位置可调的光子晶体光纤，其特征在于：该光子晶体光纤是由折射率对温度变化敏感的材料和制作光子晶体的材料形成的周期性结构组成，也即光子晶体光纤内原来的空气孔填充有折射率对温度变化敏感的材料，并且所述光子晶体连接有加热炉或制冷器。

Description

填充有折射率温度敏感材料的光子晶体及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种禁带位置可调的光子晶体光纤，属于光电子技术领域。

背景技术

光子产业中存在着一种基础的材料——光子晶体，光子晶体的研究不仅仅是光通讯领域内的问题，同时它对其他相关产业也将产生巨大的影响。自从1987年Yablonowitch和John分别独立地提出了光子晶体和光子禁带的概念以来，光子晶体就成为国内外都受到极大重视的热点课题，在光学物理、凝聚态物理、电磁波、信息技术等领域引起了人们广泛的关注。在这短短二十年里，光子晶体在理论研究和实验研究方面都取得了显著的成果，并且在某些领域也有了一定的应用，比如光子晶体光集成回路、光子晶体光波导、光子晶体滤波器等。但这毕竟是一种全新的概念，对它的研究还不够深入和广泛，其很多特性还没有得到很好的应用，有必要开展进一步的研究，尤其是在可见光波段全向禁带的实现与展宽方面。而光子晶体三维全空间禁带的获得是光子晶体诸多应用得以实现的前提，因此，三维全空间禁带的实现及其制备技术更是受到人们的广泛关注，并一直是光子晶体领域理论、实验和应用研究所关注的热点。

目前，实现全空间禁带一直是人们所追求的，但是，有些时候在光子晶体的应用中可能并不需要全空间的光子晶体，而是需要禁带位置可调节的光子晶体，也即所需的禁带宽度可能并不是很宽，但是其中心位置可能需要多个。针对该需求，中国专利CN1996100A提出了一种温度调控一维光子晶体产生动态光子晶体的方法，其方法是用折射率对温度变化相对敏感的膜层材料来制作一维光子晶体，从而通过温度的变化来改变所述膜层材料的折射率，从而实现该一维光子禁带位置的调节，但是，这种方法存在一定的缺陷，其并不涉及二、三维光子晶体结构，也即这种方法仅能实现一维光子晶体禁带位置的动态变化，但是在一些应用中往往需要的是二维或三维光子晶体的禁带位置变化，在另外一些情况中，该多层膜结构的光子晶体并不适于某些特定的应用，例如，在光纤传输以及光纤激光器等的应用中，该多层膜结构的光子晶体与光纤之间存在耦合困难，结构复杂等缺陷，此时我们需要的往往是一种禁带位置可动态变化的光子晶体，该光子晶体不仅可以在结构简单的情况下很好的实现与光纤之间的耦合，并且还能够实现禁带位置调节的需要，本发明就是针对于此而提出的。

发明内容

本发明就是为解决上述问题而提出的，提供一种禁带位置可调节的光子晶体光纤及其制造方法，其很好的解决了上述技术问题。

众所周知，光子晶体光纤是光纤中沿轴向均匀排列的空气孔所组成的，其中光纤材料一般为石英、塑料等。普通的光纤对于温度本身也具有一定的温度特性，也即其折射率也会随着温度的改变而改变，但是这种光纤对温度非常不敏感，也即折射率随温度的改变而发生的变化量非常小，一般都在10^-5/℃，在这种情况下，如果直接使用温度来调谐其禁带位置就存在困难，因为即使对光纤施加了很大的温度变化，但是其折射率的改变还是非常小，其调谐作用基本体现不出来。以上分析表明，使用温度控制光子晶体光纤的折射率以实现禁带位置的调节基本上是不可能的。

本发明就是基于上述现有技术而做出的，发明人提出的构思是将折射率对温度变化相对敏感的材料填充入光子晶体光纤的空气孔中，然后再改变其温度，即可实现光子晶体光纤禁带位置的调节。

根据本发明，提供了一种光子晶体光纤，该光子晶体光纤是由折射率对温度变化敏感的材料和制作光子晶体的材料形成的周期性结构组成，也即光子晶体光纤内原来的空气孔填充有折射率对温度变化敏感的材料，并且所述光子晶体连接有加热炉或制冷器。

根据本发明的一实施例，所述制作光子晶体光纤的材料为石英或塑料。

根据本发明的该实施例，所述折射率对温度变化敏感的材料为二氧化钛、氧化锆、氧化铝、一氧化镁或者上述四者之间的任意组合。

根据本发明的另外一实施例，提供了一种制作禁带位置可调的光子晶体光纤的方法，其特征在于包括以下步骤：

1)制作光子晶体光纤；

2)在所述光子晶体光纤内的空气孔内填充折射率对温度变化的敏感材料；

3)将加热炉或制冷器连接至所述制作出的光子晶体光纤。

根据该实施例，所述制作光子晶体光纤的材料为石英或塑料。

根据该实施例，所述折射率对温度变化敏感材料为二氧化钛、氧化锆、氧化铝、一氧化镁或者上述四者之间的任意组合。

具体实施方式

下面将对本发明的具体实施方式进行说明，直接将折射率对温度变化敏感的材料填充进入光子晶体光纤的空气孔中，其中折射率对温度变化敏感的材料包括二氧化钛，氧化锆，氧化铝以及一氧化镁，这与CN1996100A所提出的折射率温度敏感材料是一样的。这样形成的光子晶体光纤结构就与现有的光子晶体光纤结构区别仅在于，现有技术中的光子晶体光纤中的光子晶体是由空气孔和制作光子晶体的材料形成的周期性结构形成的，而本发明中的光子晶体光纤则是由折射率对温度变化敏感的材料和制作光子晶体的材料形成的周期性结构形成的；其中制作光子晶体的材料为石英或塑料。

上述光子晶体光纤的制作方法为：首先拉制出具有空气孔的光子晶体光纤，然后再将折射率对温度变化敏感的材料填充进入光子晶体光纤的空气孔中。

从上述制作方法可以看出，本发明所提出的填充有折射率温度敏感材料的光子晶体光纤在制作上由于不需要新的设备，能够很好在现有产业的基础上实现，所以有利于产业上的推广。

该光子晶体光纤的禁带位置调节方式可采用CN1996100A所使用的调节方式，也即使用与该光子晶体光纤相连接的加热炉，当然也可以是制冷装置，例如制冷器，在此不需要再次进行详细阐述。当光子晶体被加热炉加热或制冷器制冷之后，光子晶体内的折射率对温度变化敏感的材料的折射率会随着温度的变化而变化，从而实现光子晶体光纤禁带位置调节的目的。

Claims (6)

1.一种禁带位置可调的光子晶体光纤，其特征在于：该光子晶体光纤是由折射率对温度变化敏感的材料和制作光子晶体的材料形成的周期性结构组成，也即光子晶体光纤内原来的空气孔内填充有折射率对温度变化敏感的材料，并且所述光子晶体光纤连接有加热炉或制冷器。

2.根据权利要求1所述的光子晶体光纤，其特征在于：所述制作光子晶体光纤的材料为石英或塑料。

3.根据权利要求1或2所述的光子晶体光纤，其特征在于：所述折射率对温度变化敏感的材料为二氧化钛、氧化锆、氧化铝、氧化镁或者上述四者之间的任意组合。

4.一种制作禁带位置可调的光子晶体光纤的方法，其特征在于包括以下步骤：

1)制作光子晶体光纤；

2)在所述光子晶体光纤内的空气孔内填充折射率对温度变化敏感的材料；

3)将加热炉或制冷器连接至所述制作出的光子晶体光纤。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述制作光子晶体光纤的材料为石英或塑料。

6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于：所述折射率对温度变化敏感的材料为二氧化钛、氧化锆、氧化铝、一氧化镁或者上述四者之间的任意组合。