CN110441858B - 三角晶格二维光子晶体Fano共振器 - Google Patents
三角晶格二维光子晶体Fano共振器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110441858B CN110441858B CN201910635303.3A CN201910635303A CN110441858B CN 110441858 B CN110441858 B CN 110441858B CN 201910635303 A CN201910635303 A CN 201910635303A CN 110441858 B CN110441858 B CN 110441858B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- photonic crystal
- dimensional photonic
- fano
- lattice
- triangular
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
- G02B6/122—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
- G02B6/1225—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths comprising photonic band-gap structures or photonic lattices
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Optical Integrated Circuits (AREA)
Abstract
本发明公开了一种三角晶格二维光子的Fano共振器，该器件由一个光子晶体腔和一个设计有反射元的光子晶体波导构成。腔结构产生Fano共振所需的离散态，而设计有反射元的光子晶体波导产生Fano共振所需的连续态，两者耦合产生非对称的Fano共振线形。本发明产生的Fano共振的消光比高达55dB，Fano共振的峰值与谷值之差仅有1.4nm，此外也具有高的Q值和低的插入损耗。该发明应用于光子集成中的光开关、光子传感器、滤波器等基础光子器件。
Description
技术领域
本发明属于二维光子晶体器件领域，具体的说是涉及一种三角晶格二维光子晶体Fano共振器。
背景技术
Fano共振现象是由Ugo Fano在1961年研究量子力学中的原子粒子散射时发现的一种非对称共振线形。Fano共振产生的原理为离散态与连续态耦合形成。随着对Fano共振的进一步研究，人们发现Fano共振不仅仅出现在量子系统中，在光学系统中也广泛的出现非对称的Fano线形。相较于传统的Lorentzian共振线形，Fano共振线形能够在较窄的波长范围内传输特性急剧变化。因此，Fano共振能够广泛的应用在光开关、光子传感器、滤波器等光子器件中。
二维光子晶体是一种由不同折射率的介质周期性排列而成的人工微结构。当光子晶体的材料介电常数相差足够大，且材料对光的吸收足够低时，就会形成光子禁带，光子在禁带中不能以特定的频率向某些方向传播。近年来光子晶体已成为光子集成的研究热点，基于光子晶体Fano共振的研究课题也越来越多。目前有人在三角晶格二维光子晶体中利用腔与加入PTE的波导耦合形成Fano共振。该Fano共振结构的消光比只有30dB左右，并且峰值波长与谷值波长之间的差值也相对而言不是很小。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种三角晶格二维光子晶体Fano共振器，该共振器解决了消光比较低的问题，并且降低了峰值波长与谷值波长之间的差值。
为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明是三角晶格二维光子晶体Fano共振器，该共振器由一个光子晶体腔和一个设计有反射元的光子晶体波导构成，其特征在于：所述光子晶体腔由9个大小不等的缺陷柱构成，该结构决定了共振器的峰谷差和品质；光子晶体波导中设计了PTE介质柱。
本发明的进一步改进在于：三角晶格介质柱阵列排列于空气中构成二维光子晶体。
本发明的进一步改进在于：三角晶格介质柱阵列的介质柱为圆柱形。
本发明的进一步改进在于：三角晶格介质柱阵列的介质柱半径r＝0.2a，a为光子晶体的晶格常数。
本发明的进一步改进在于：9个缺陷柱半径分别为0.22a、0.24a、0.26a、0.28a、0.3a、0.28a、0.26a、0.24a和0.22a，其中a为二维光子晶体的晶格常数，腔的位置在最靠近波导处时，即距离波导为一个晶格常数的距离，耦合效果最优。
本发明的进一步改进在于：所述PTE柱的半径为0.19a，其中a为二维光子晶体的晶格常数。
本发明的进一步改进在于：二维光子晶体波导的波导宽度为2a，长度为n*a，其中，n为不小于4的整数，a为二维光子晶体的晶格常数。
本发明的有益效果是：1、本发明为高消光比的二维光子晶体Fano共振器，可用于结构复杂、功能集成的光子晶体系统，能广泛应用于光子传感器、光开关、滤波器的光子集成的基础器件；2、本发明采用多个缺陷柱构成腔，提高了腔的品质；3、通过提高腔的品质和调整PTE的半径，提高了Fano共振的消光比。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是腔与Fano结构的透射谱。
图3是波导中不加PTE时y方向电场分布图。
图4是Fano共振峰值处的y方向电场分布图。
图5是Fano共振谷值处的y方向电场分布图。
图6是不同PTE半径的透射谱。
图7是不同耦合距离的透射谱。
具体实施方式
以下将以图式揭露本发明的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说，在本发明的部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化图式起见，一些习知惯用的结构与组件在图式中将以简单的示意的方式绘示之。
另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
如图1所示，本发明是一种三角晶格二维光子晶体Fano共振器，该共振器由一个光子晶体腔和一个设计有反射元的二维光子晶体波导构成。
二维光子晶体是三角晶格介质柱阵列排列于空气中构成，折射率为1，三角晶格介质柱阵列的介质柱为圆柱，材料为硅，折射率为3.42，三角晶格介质柱阵列的介质柱半径r＝0.2a，a为光子晶体的晶格常数，光子晶体波导中设计了PTE介质柱，所述PTE柱的半径为0.19a，其中a为二维光子晶体的晶格常数，所述光子晶体腔由9个大小不等的缺陷柱构成，该结构决定了共振器的峰谷差和品质；9个缺陷柱半径分别为0.22a、0.24a、0.26a、0.28a、0.3a、0.28a、0.26a、0.24a和0.22a，其中a为二维光子晶体的晶格常数，二维光子晶体波导的波导宽度为2a，长度为n*a，其中，n为不小于4的整数，a为二维光子晶体的晶格常数。
根据耦合模理论，PTE半径的大小与耦合距离的大小会对Fano共振有影响，可以通过优化PTE的半径大小与耦合距离的大小来使得该共振器产生的消光比、品质、峰谷之差、插入损耗得到最优化。
根据上述优化的方法，通过软件仿真得到以下结果：
如图2所示，当没有加入PTE时，光从一端入射，由于没有PTE，只有腔构成一条散射路径，所以整个透射谱呈现对称的Lorentzian共振线形，当加入PTE时，由于PTE的存在，入射波经过PTE时也会形成一条散射路径，两条路径分别形成Fano共振所需的离散态与连续态，两者耦合形成非对称的Fano共振线形。
如图3所示，为Lorentzian共振的y方向的电场分布图。
如图4、5所示，为Fano共振峰值与谷值处的y方向电场分布图。
如图6所示，当PTE半径不同时，对入射波的散射效果不一样，故产生的Fano共振的消光比就会不一样。
如图7所示，当耦合的距离变大时，腔与加入了PTE的波导之间的耦合效果变弱，使得Fano共振的透射率下降。
本发明为三角晶格二维光子晶体Fano共振器，利用多个缺陷柱构成一个高品质的腔，通过优化PTE的半径大小，降低了Fano共振的峰谷值之间的差值。本发明产生的Fano共振的消光比高达55dB，峰谷值之间的差降低到1.4nm，此外也具有高Q值和低的插入损耗，该发明应用于光子集成中的光开关、光子传感器、滤波器等基础光子器件。
对于本领域的普通技术人员而言，具体实施例只是对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.三角晶格二维光子晶体Fano共振器，该共振器由一个光子晶体腔和一个光子晶体波导构成，其特征在于：所述光子晶体腔由9个大小不等的缺陷柱构成，光子晶体波导中设计了PTE介质柱。
2.根据权利要求1所述三角晶格二维光子晶体Fano共振器，其特征在于：三角晶格介质柱阵列排列于空气中构成二维光子晶体。
3.根据权利要求2所述三角晶格二维光子晶体Fano共振器，其特征在于：三角晶格介质柱阵列的介质柱为圆柱形。
4.根据权利要求3所述三角晶格二维光子晶体Fano共振器，其特征在于：三角晶格介质柱阵列的介质柱半径r＝0.2a，a为光子晶体的晶格常数。
5.根据权利要求1所述三角晶格二维光子晶体Fano共振器，其特征在于：9个缺陷柱半径分别为0.22a、0.24a、0.26a、0.28a、0.3a、0.28a、0.26a、0.24a和0.22a，其中a为二维光子晶体的晶格常数。
6.根据权利要求1所述三角晶格二维光子晶体Fano共振器，其特征在于：所述PTE柱的半径为0.19a，其中a为二维光子晶体的晶格常数。
7.根据权利要求1所述三角晶格二维光子晶体Fano共振器，其特征在于：二维光子晶体波导的波导宽度为2a，长度为n*a，其中，n为不小于4的整数，a为二维光子晶体的晶格常数。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910635303.3A CN110441858B (zh) | 2019-07-15 | 2019-07-15 | 三角晶格二维光子晶体Fano共振器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910635303.3A CN110441858B (zh) | 2019-07-15 | 2019-07-15 | 三角晶格二维光子晶体Fano共振器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110441858A CN110441858A (zh) | 2019-11-12 |
| CN110441858B true CN110441858B (zh) | 2020-07-31 |
Family
ID=68429626
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910635303.3A Active CN110441858B (zh) | 2019-07-15 | 2019-07-15 | 三角晶格二维光子晶体Fano共振器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110441858B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112799259B (zh) * | 2019-11-13 | 2022-03-25 | 北京大学 | 一种激子谷极化与光子拓扑态间的信息转换器件及其方法 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6819691B2 (en) * | 2002-01-28 | 2004-11-16 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Creating sharp asymmetric lineshapes in microcavity structures |
| CN102269844B (zh) * | 2011-07-18 | 2014-04-02 | 北京邮电大学 | 一种采用注入技术并带有反射微腔的高下载率光子晶体解复用器的实现方法 |
| US10408806B2 (en) * | 2014-10-20 | 2019-09-10 | Board Of Regents, The University Of Texas System | Enhanced nanoscale gas chromatography |
| CN106405977B (zh) * | 2016-10-31 | 2018-12-04 | 南昌航空大学 | 一种全光二极管的实现方法 |
| CN108646443A (zh) * | 2018-06-15 | 2018-10-12 | 南京邮电大学 | 三端口光子晶体环行器 |
-
2019
- 2019-07-15 CN CN201910635303.3A patent/CN110441858B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110441858A (zh) | 2019-11-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20010012149A1 (en) | Optical elements comprising photonic crystals and applications thereof | |
| Qin et al. | Resonance transmission modes in dual-periodical dielectric multilayer films | |
| CN107015309B (zh) | 一种低损耗宽频带太赫兹波渐变光子晶体滤波器 | |
| CN109491012B (zh) | 基于光子晶体的可调谐光控太赫兹波分束器 | |
| CN112130245B (zh) | 宽带高透过非对称超材料偏振调控器及其制造方法 | |
| WO2016015630A1 (zh) | 基于十字连杆柱和圆柱的大绝对禁带正方晶格光子晶体 | |
| Wang et al. | Enlargement of the nontransmission frequency range of multiple-channeled filters by the use of heterostructures | |
| Ye et al. | Finite-size effect on one-dimensional coupled-resonator optical waveguides | |
| CN110441858B (zh) | 三角晶格二维光子晶体Fano共振器 | |
| CN108181672B (zh) | 一种混合等离激元波导布拉格光栅 | |
| WO2016015632A1 (zh) | 基于高折射率内圆外方空心柱的正方晶格光子晶体 | |
| CN101592761A (zh) | 一种基于非对称双芯光子晶体光纤的宽带模式转换器 | |
| Li et al. | Enhanced plasmonic-induced absorption using a cascade scheme and its application as refractive-index sensor | |
| Xie et al. | Synchronous slow and fast light based on plasmon-induced transparency and absorption in dual hexagonal ring resonators | |
| Qian et al. | Acousto-optic interaction in photonic crystals with defects | |
| Yuan et al. | Ultra-compact primary colors filter based on plasmonic digital metamaterials | |
| Sun et al. | Optical properties and dynamic extrinsic chirality of structured monolayer black phosphorus | |
| Liang et al. | High efficiency all-optical plasmonic diode based on a nonlinear side-coupled waveguide–cavity structure with broken symmetry | |
| Khalkhali et al. | Manipulating femtosecond pulse shape using liquid crystals infiltrated one-dimensional graded index photonic crystal waveguides composed of coupled-cavities | |
| Bhargava et al. | Chalcogenide photonic crystals-Exploiting nonlinearity for nanophotonic applications | |
| bin Ren et al. | Multiple Fano resonances with flexible tunablity based on symmetry-breaking resonators | |
| CN104950388B (zh) | 圆孔式正方晶格光子晶体低折射率单补偿散射柱直角波导 | |
| CN108196338B (zh) | 一种级联准周期结构的全方位反射器 | |
| Sani et al. | Ultra-narrow band of filter and 6-channel demultiplexer based on Nano-cavity resonance | |
| Qu et al. | Single-mode fiber Metalenses based on dielectric Nanopillars |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract | ||
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Application publication date: 20191112 Assignee: NANJING UNIVERSITY OF POSTS AND TELECOMMUNICATIONS INSTITUTE AT NANTONG Co.,Ltd. Assignor: NANJING University OF POSTS AND TELECOMMUNICATIONS Contract record no.: X2020980006914 Denomination of invention: Two dimensional photonic crystal Fano resonator with triangular lattice Granted publication date: 20200731 License type: Common License Record date: 20201021 |