CN109976002A - 一种基于掺Bi复合稀土铁石榴石磁控光子晶体滤波器 - Google Patents

一种基于掺Bi复合稀土铁石榴石磁控光子晶体滤波器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于掺Bi复合稀土铁石榴石磁控光子晶体滤波器，所述本体采用正方晶格结构，本体上呈矩阵排列有圆形介质柱，本体两端分别设置有线性波导，两条线性波导之间设置有谐振腔，所述谐振腔包括：谐振腔内层、谐振腔外层，谐振腔内层套在谐振腔外层内，所述谐振腔内层设置为排列成四个相互套接呈圆形结构的磁性介质柱，所述谐振腔外层设置为排列成一个圆形结构的圆形介质柱，所述谐振腔的外侧与线性波导相接处分别设置有第二圆形介质柱，所述圆形介质柱、第二圆形介质柱材质均采用Si。本发明具有磁控可调，运用灵活，适配性强，高透射率、高Q值等优点，主要用于可见光通信波段磁控可调谐滤波，对高速光通信领域有着潜在的应用价值。

Description

一种基于掺Bi复合稀土铁石榴石磁控光子晶体滤波器
技术领域
本发明涉及一种基于掺Bi复合稀土铁石榴石磁控光子晶体滤波器，属于磁控光子晶体滤波器技术领域。
背景技术
目前，光子晶体是一种介质常数在空间周期性变化的结构，该介质中存在光子禁带，处于非禁带波段的电磁波才能在其中传播；滤波器用于对信号中特定频率的频点或该频点以外的频率进行有效滤除，得到一个特定频率的信号；基于光子晶体的光通信器件结构紧凑性，以及在未来光集成芯片和全光通信网络中具有巨大运用前景，光子晶体滤波器是波分复用器重要组成部分，在波分复用光通讯领域有着极其重要的地位。
尤其是近些年，随着全光网络进一步全面建设，人们对光子晶体滤波器的有效性能，反应速度以及可调谐性有着迫切的需求，近年来随着材料学科的兴起，对磁性材料的研究热度为磁控可调滤波器提供了良好的原始材料。
根据对光子晶体滤波器介质柱折射率调控方式的不同，光子晶体可调滤波器可分为两种类型。第一种类型是电控光子晶体滤波器，通过在介质柱中注入液晶等方法，即增加外界电场时，液晶的分子会发生转向，使得液晶的指向矢也会改变方向，这样液晶材料的折射率也随之调节，这种类型的滤波器已经有些报道，且反应速度不够快。不同于第一种电控光子晶体滤波器，第二种磁控光子晶体滤波器主要使用的是磁性介质，通过外加磁场对磁性介质的折射率调控实现滤波器的可调，但目前报道大部分都是运用于太赫兹波段，在光通信波段运用较少，且极少运用在滤波器器件上。
发明内容
目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于掺Bi复合稀土铁石榴石磁控光子晶体滤波器。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种基于掺Bi复合稀土铁石榴石磁控光子晶体滤波器，包括：本体，所述本体采用正方晶格结构，本体上呈矩阵排列有圆形介质柱，本体两端分别设置有线性波导，两条线性波导之间设置有谐振腔，所述谐振腔包括：谐振腔内层、谐振腔外层，谐振腔内层套在谐振腔外层内，所述谐振腔内层设置为排列成四个相互套接呈圆形结构的磁性介质柱，所述谐振腔外层设置为排列成一个圆形结构的圆形介质柱，所述谐振腔的外侧与线性波导相接处分别设置有第二圆形介质柱，所述圆形介质柱、第二圆形介质柱材质均采用Si。
作为优选方案，所述磁性介质柱材质采用石榴石材料。
作为优选方案，所述磁性介质柱材质采用TbYbBiIG。
作为优选方案，所述第二圆形介质柱，半径为750mm。
作为优选方案，所述本体采用光子晶体，光子晶体的晶格常数为540nm。
作为优选方案，所述圆形介质柱的半径为100nm。
作为优选方案，所述本体背景介质为空气，折射率为1。
作为优选方案，在外加磁场的作用下，谐振腔内层工作在1530nm波段时，磁性介质柱的折射率为3.92，工作在1550nm波段时，磁性介质柱折射率为3.16。
有益效果：本发明提供的一种基于掺Bi复合稀土铁石榴石磁控光子晶体滤波器，该滤波器材料上引入了磁性介质，通过外加磁场强度的变化实现对该滤波器工作波长可调；该滤波器结构上选择四层环形磁性介质柱作为谐振腔内层，一层环形硅介质柱作为谐振腔外层并在谐振腔外层增加两个介质柱，使得透射谱损耗峰变得更尖锐，并优化了这两个介质柱的半径大小，这将有利于该滤波器的性能参数的提高，能提高透射率以及Q值。
本发明具有磁控可调，运用灵活，适配性强，高透射率、高Q值等优点，主要用于可见光通信波段磁控可调谐滤波，对高速光通信领域有着潜在的应用价值。
附图说明
图1为本发明基于掺Bi复合稀土铁石榴石磁控光子晶体滤波器结构示意图。
图2为本发明磁控光子晶体滤波器谐振腔中磁性介质柱的折射率与外加磁场强度的对应关系。
图3为本发明磁控光子晶体滤波器的谐振峰值为1530nm性能透射谱图。
图4为本发明磁控光子晶体滤波器的谐振峰值为1550nm性能透射谱图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1所示，一种基于掺Bi复合稀土铁石榴石磁控光子晶体滤波器，包括：本体，所述本体采用正方晶格结构，本体上呈矩阵排列有圆形介质柱1，所述圆形介质柱材质采用Si，本体两端分别设置有线性波导2，两条线性波导2之间设置有谐振腔，所述谐振腔包括：谐振腔内层、谐振腔外层，谐振腔内层套在谐振腔外层内，所述谐振腔内层设置为排列成四个相互套接呈圆形结构的磁性介质柱3，所述谐振腔外层设置为排列成一个圆形结构的圆形介质柱1，所述磁性介质柱3材质采用TbYbBiIG，所述谐振腔的外侧与线性波导相接处分别设置有第二圆形介质柱4，所述第二圆形介质柱4材质采用Si半径为750mm。且所述本体的晶格常数为540nm，圆形介质柱1的半径为100nm，所述线性波导的宽度为1080nm，在外加磁场调控的条件下，谐振腔的谐振腔内层的折射率分别为3.16和3.92。所述背景材料为空气。该滤波器能实现外加磁场对该滤波器可以磁控可调，当磁场强度为0.638T时，能实现1530nm波段滤波，当磁场强度为0.978T时，能实现1550nm波段滤波。
实施例1：
对一定频率范围内的通信波信号从左端输入端口5进入到该滤波器后，仅有符合共振频率落在圆环形谐振腔的谐振频率处时，输入线性波导内的大部分电磁波会被耦合到输出线性波导中，进而经输出线性波导的输出端口6输出；当输入线性波导内的电磁波频率与圆环形谐振腔的谐振频率不同时，输入线性波导内的电磁波不能通过光子晶体圆环形谐振腔，导致无法从输出线性波导的输出端口6输出。当Z方向的磁场强度为0.638T时，环形谐振腔内部的磁性介质折射率为3.92，此时谐振腔的谐振波长为1530nm，其余波长与该谐振腔频率不匹配不被通过；当Z方向的磁场强度为0.978T时，环形谐振腔内部的磁性介质折射率为3.16，此时谐振腔的谐振波长为1530nm，其余波长与该谐振腔频率不匹配不被通过，从而实现滤波与可调功能。
该滤波器结构上选择四层环形介质柱组成的圆腔，并在谐振腔外侧增加两个第二圆形介质柱，使得透射谱损耗峰变得更尖锐，并优化了这两个第二圆形介质柱的半径大小，最终选择定在750mm，这将有利于该滤波器的性能参数的提高，能提高透射率以及Q值。
基于通过仿真软件建立本发明的结构模型，模拟计算其滤波过程，可以得到磁控光子晶体滤波器透射谱图如图3、4所示，当外加磁场强度为0.978T和0.638T时，TbYbBiIG石榴石磁性介质柱的折射率分别为3.92和3.12，对应的谐振峰值分别为1530nm和1550nm，且透射率能达98%以上（插入损耗为0.08dB以下），3db带宽分别为0.0692GHz和0.0574GHZ。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于掺Bi复合稀土铁石榴石磁控光子晶体滤波器，包括：本体，其特征在于：所述本体采用正方晶格结构，本体上呈矩阵排列有圆形介质柱，本体两端分别设置有线性波导，两条线性波导之间设置有谐振腔，所述谐振腔包括：谐振腔内层、谐振腔外层，谐振腔内层套在谐振腔外层内，所述谐振腔内层设置为排列成四个相互套接呈圆形结构的磁性介质柱，所述谐振腔外层设置为排列成一个圆形结构的圆形介质柱，所述谐振腔的外侧与线性波导相接处分别设置有第二圆形介质柱，所述圆形介质柱、第二圆形介质柱材质均采用Si。
2.根据权利要求1所述的一种基于掺Bi复合稀土铁石榴石磁控光子晶体滤波器，其特征在于：所述磁性介质柱材质采用石榴石材料。
3.根据权利要求2所述的一种基于掺Bi复合稀土铁石榴石磁控光子晶体滤波器，其特征在于：所述磁性介质柱材质采用TbYbBiIG。
4.根据权利要求1所述的一种基于掺Bi复合稀土铁石榴石磁控光子晶体滤波器，其特征在于：所述第二圆形介质柱，半径为750mm。
5.根据权利要求1所述的一种基于掺Bi复合稀土铁石榴石磁控光子晶体滤波器，其特征在于：所述本体采用光子晶体，光子晶体的晶格常数为540nm。
6.根据权利要求1所述的一种基于掺Bi复合稀土铁石榴石磁控光子晶体滤波器，其特征在于：所述圆形介质柱的半径为100nm。
7.根据权利要求1所述的一种基于掺Bi复合稀土铁石榴石磁控光子晶体滤波器，其特征在于：所述本体背景介质为空气，折射率为1。
8.根据权利要求1所述的一种基于掺Bi复合稀土铁石榴石磁控光子晶体滤波器，其特征在于：在外加磁场的作用下，谐振腔内层工作在1530nm波段时，磁性介质柱的折射率为3.92，工作在1550nm波段时，磁性介质柱折射率为3.16。
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070036479A1 (en) * 2005-05-11 2007-02-15 Beausoleil Raymond G Evanescent nanosensor using an optical resonator
CN101533126A (zh) * 2009-04-20 2009-09-16 中山大学 一种光子晶体波分复用器件及其设计方法
CN102043261A (zh) * 2010-08-31 2011-05-04 深圳大学 光子晶体磁光环行器及其制备方法
CN103472532A (zh) * 2013-09-13 2013-12-25 深圳大学 光子晶体全光学可调谐滤波器
CN104698606A (zh) * 2015-03-11 2015-06-10 南京邮电大学 磁光效应的二维三角晶格光子晶体模分复用与解复用器
CN104932119A (zh) * 2015-06-25 2015-09-23 南京邮电大学 垂直磁控等离子体光子晶体太赫兹波调制器及调制方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070036479A1 (en) * 2005-05-11 2007-02-15 Beausoleil Raymond G Evanescent nanosensor using an optical resonator
CN101533126A (zh) * 2009-04-20 2009-09-16 中山大学 一种光子晶体波分复用器件及其设计方法
CN102043261A (zh) * 2010-08-31 2011-05-04 深圳大学 光子晶体磁光环行器及其制备方法
CN103472532A (zh) * 2013-09-13 2013-12-25 深圳大学 光子晶体全光学可调谐滤波器
CN104698606A (zh) * 2015-03-11 2015-06-10 南京邮电大学 磁光效应的二维三角晶格光子晶体模分复用与解复用器
CN104932119A (zh) * 2015-06-25 2015-09-23 南京邮电大学 垂直磁控等离子体光子晶体太赫兹波调制器及调制方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
张志远: "二维光子晶体圆形谐振腔滤波器设计与研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库-信息科技辑》 *
李云辉等: "光子晶体微腔研究进展", 《同济大学学报》 *
滕晨晨等: "基于磁光子晶体的低损耗窄带THz滤波器", 《物理学报》 *

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