CN102636839A - 二维光子晶体可调谐光功率分配器及工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种二维光子晶体可调谐光功率分配器及工作方法，在二维矩形阵列结构硅光子晶体中填充向列相液晶，线缺陷波导是在完整的矩形晶格光子晶体中去除一排硅柱形成的，改变光子晶体中的一个硅柱半径大小，从而引入点缺陷，入射光从第一线缺陷波导入射后，部分入射光会通过点缺陷耦合到第二线缺陷波导中，所述光功率探测器作为光接收单元位于两线缺陷波导通道的端口。整个光功率分配器结构非常简单，体积小巧，性能稳定可靠，电压控制反应速度快，在很多的时间内就能控制光功率的调节，只需要通过改变光子晶体两端导电模板的电压就可以调节两个输出端的光功率比值，从而实现光功率的可调谐功能。

Description

二维光子晶体可调谐光功率分配器及工作方法

技术领域

本发明涉及一种光功率分配装置，特别涉及一种基于填充液晶的二维光子晶体可调谐光功率分配器。

背景技术

光子晶体是由E.Yablonovich和S.John等人在1987年提出来的新概念材料。光子晶体为不同介电常数（或折射率）周期性排列的有序结构。其最根本的特征是有光子禁带，频率处于禁带内的光子将无法传播，就像电子在半导体禁带中受到束缚一样。由于具有此特 殊性质, 光子晶体已经获得了学术界广泛的关注,针对该材料的研究也在不断的深入之中。                           

光功率分配器在通信领域有很广泛的应用与研究。光纤城域网、光纤到户(FTTH)及光纤CATV的逐步普及应用,使得光功率分配器的市场需求越来越大。随着电信业务的发展,需要采用分光比可调的光功率分配器的场合越来越多，对可调范围也要求越来越大，可调光功率器在FTTH中具有独特的优势，可调光功率分配器对多变的FTTH市场,具有很强的针对性。它可以通过改变自身的功率分配因素,动态地为各用户端设备分配光功率。这样可以更好地提高网络配置的灵活性,充分利用光功率资源,提高网络的可靠性,降低投资风险。

现阶段的光子晶体器件绝大多数是不可调的,即制作完成后便无法对其各项参数进行修改, 可通信业的发展要求光子晶体应该具有可调性, 因此人们提出了不少实现的方法, 可行性较高的一种是在光子晶体内填充液晶。液晶实现可调性的主要原因是液晶分子指向矢的方向受外界条件，如温度、电场、磁场等的变化而变化，从而改变整个材料的折射率。因此当光子晶体中填入液晶后，一旦液晶的介电常数发生改变，整个液晶光子晶体的能带结构就会变化，带隙的位置就会产生位移，其可通过的光频率范围也就发生了变化。利用液晶折射率的可调谐性可制成可调谐光开关、滤波器、光功率分配器、光衰减器和场敏偏光片等。

发明内容

本发明是针对现在光功率分配器只能提供固定分光比的问题，提出了一种二维光子晶体可调谐光功率分配器及工作方法，具有可调谐功能，只通过改变光子晶体两端的电压就可以控制出射光功率的分配。当光子晶体两端电压发生变化时，液晶的折射率会发生变化，点缺陷的耦合效果会发生很大的变化，两输出端的光功率也会发生很大的变化，从而实现了通过电压来控制光功率分配的目的。

本发明的技术方案为：一种二维光子晶体可调谐光功率分配器，包括二维光子晶体、点缺陷、线缺陷波导、两个光功率探测器和两块导电模板，所述线缺陷波导是在完整的矩形晶格二维光子晶体中去除一排硅柱形成的，所述点缺陷为去除二维光子晶体中的一个硅柱半径点形成的，入射光从线缺陷波导一端入射后，一部分光直接从线缺陷波导另一端输出，另一部分入射光通过点缺陷耦合到第二线缺陷波导中，所述两个光功率探测器作为光接收单元位于两线缺陷波导通道的输出端口，二维光子晶体上下端各有一块导电模板，导电模板与二维光子晶体内硅柱垂直。

所述二维光子晶体为圆形硅介质柱按照矩形晶格排列结构，硅柱与硅柱之间填充的是5CB液晶。

所述两个光功率探测器为相同的半导体光功率探头。

一种二维光子晶体可调谐光功率分配器工作方法，包括二维光子晶体可调谐光功率分配器，包括如下具体步骤：

1）、输入光：选定的探测波长为1.56μm；

2）、分光过程：

第一步：将选定波长的输入光从线缺陷波导一端入射后，当光传输到点缺陷附近时，有一部分光通过点缺陷耦合到第二线缺陷波导中，两个相同的光功率探测器分别接收两线缺陷波导光能量；

第二步：改变二维光子晶体两端导电模板间的电压；

第三步：两个光功率探测器测定出输出光功率；

3）、公式计算分光比：两线缺陷波导的分光比为                                                ，y为线缺陷波导通道光功率的比值，x为二维光子晶体两端导电模板间的电压，当光子晶体两端导电模板的电压已知，总的输入光功率已知，得出两线缺陷波导通道的光功率比值，从而得出两通道具体的光功率大小。

本发明的有益效果在于：本发明二维光子晶体可调谐光功率分配器及工作方法，整个光功率分配器结构非常简单，体积小巧，性能稳定可靠，只需要通过改变光子晶体两端导电模板间的电压就可以调节两个输出端的光功率比值，从而实现光功率的可调谐功能。

附图说明

图1为本发明二维光子晶体可调谐光功率分配器的结构示意图；

图2为本发明二维光子晶体可调谐光功率分配器的侧面结构示意图。

具体实施方式

一种基于填充液晶的二维光子晶体可调谐光功率分配器，主要包括光传输单元和光接收单元两个部分。其构成为：传输单元为光子晶体中线缺陷波导。光子晶体为圆形硅介质柱按照矩形晶格排列结构，硅柱与硅柱之间填充5CB液晶，改变光子晶体中的一个硅柱半径大小，从而引入点缺陷，并且移除光子晶体中两条硅柱来实现两条线缺陷波导；接收单元为设置在光子晶体线缺陷波导同一端的一对相同的半导体光功率探头，整个结构参数选取如下：光子晶体晶格常数a=0.3975μm，硅柱半径r=0.117μm，分配器装置长度为L=20μm，宽度为20μm，入射波长λ=1.56μm。所述线缺陷波导是在完整的矩形晶格光子晶体中去除一排硅柱形成的，所述点缺陷为改变光子晶体中的一个硅柱半径r的点，入射光从第一线缺陷波导入射后，部分入射光会通过点缺陷耦合到第二线缺陷波导中，所述光功率探测器作为光接收单元位于两线缺陷波导通道的端口。

如图1、2所示二维光子晶体可调谐光功率分配器的结构和侧面示意图，光子晶体中线缺陷波导1是在完整的矩形晶格光子晶体中去除一排硅柱10得到，线缺陷波导2是在完整的矩形晶格光子晶体中去除点缺陷8右端一排硅柱得到的，输入光波导从线缺陷波导1中输入，遇到点缺陷后会发生耦合，一部分光会耦合到线缺陷波导2中，功率探头3和功率探头4分别位于线缺陷波导1和线缺陷波导2输出光端口，为相同的半导体光功率探头，用于测定线缺陷波导1、2的输出光功率。5为输入光，6、7为经过波导耦合后分别从波导1、2中输出的光，分配器上下两层为导电模板9，每两个硅柱10之间填充有5CB液晶介质11，12为去除硅柱后的空气。

基于填充液晶的二维光子晶体可调谐光功率分配器的工作方法步骤：

1、输入光：本功率分配器选定的探测波长为1.56μm。

2、分光过程：在使用光功率分配器时，第一步：从线缺陷波导1下端，输入入射光5，由于光子晶体的相邻缺陷模之间存在的模耦合效应，当光传输到点缺陷附近时，有一部分光会耦合到线缺陷波导2中，第二步：改变光子晶体两端导电模板9之间的电压，耦合效应也会不同，则最后波导1、2的输出端的输出光能量分布也会产生变化。第三步：输入光由两线波导传输到半导体光功率探头3、4测定出输出功率，通过计算这两个功率的比值，从而可以得到这个光功率分配器的分光比，知道这个器件的性能。

3、公式计算：当光子晶体两端电压发生变化时，此光功率分配器两输出端的分光比将会发生大范围的变化。根据测光功率探头得到的光功率数据显示：随着电压的不断增大，两线缺陷波导输出功率比会单调变化。两通道的分光比为

，y为两通道光功率的比值，x为整个光子晶体两端的电压，当知道光子晶体的两端的电压时，就能够得出两通道的光功率比值，从而得出两通道具体的光功率大小。

Claims (4)

1.一种二维光子晶体可调谐光功率分配器，其特征在于，包括二维光子晶体、点缺陷、线缺陷波导、两个光功率探测器和两块导电模板，所述线缺陷波导是在完整的矩形晶格二维光子晶体中去除一排硅柱形成的，所述点缺陷为去除二维光子晶体中的一个硅柱半径点形成的，入射光从线缺陷波导一端入射后，一部分光直接从线缺陷波导另一端输出，另一部分入射光通过点缺陷耦合到第二线缺陷波导中，所述两个光功率探测器作为光接收单元位于两线缺陷波导通道的输出端口，二维光子晶体上下端各有一块导电模板，导电模板与二维光子晶体内硅柱垂直。

2.根据权利要求1所述二维光子晶体可调谐光功率分配器，其特征在于，所述二维光子晶体为圆形硅介质柱按照矩形晶格排列结构，硅柱与硅柱之间填充的是5CB液晶。

3.根据权利要求1所述二维光子晶体可调谐光功率分配器，其特征在于，所述两个光功率探测器为相同的半导体光功率探头。

4.一种二维光子晶体可调谐光功率分配器工作方法，包括二维光子晶体可调谐光功率分配器，其特征在于，包括如下具体步骤：

1）、输入光：选定的探测波长为1.56μm；

2）、分光过程：

第一步：将选定波长的输入光从线缺陷波导一端入射后，当光传输到点缺陷附近时，有一部分光通过点缺陷耦合到第二线缺陷波导中，两个相同的光功率探测器分别接收两线缺陷波导光能量；

第二步：改变二维光子晶体两端导电模板间的电压；

第三步：两个光功率探测器测定出输出光功率；

3）、公式计算分光比：两线缺陷波导的分光比为                                                ，y为线缺陷波导通道光功率的比值，x为二维光子晶体两端导电模板间的电压，当光子晶体两端导电模板的电压已知，总的输入光功率已知，得出两线缺陷波导通道的光功率比值，从而得出两通道具体的光功率大小。

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