CN202133846U - 基于二维液晶光子晶体的可调谐光功分器 - Google Patents

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Abstract

本实用新型揭示了一种基于二维液晶光子晶体的可调谐光功分器，所述功分器包括主要包括一个二维液晶光子晶体可调谐光功分器密封盒；所述二维液晶光子晶体可调谐光功分器密封盒包括两个包层玻璃、两个透明导电膜层、两个外接电压接线点以及二维液晶光子晶体；所述两个包层玻璃分别处于二维液晶光子晶体可调谐光功分器密封盒的最外侧，所述两个透明导电膜层直接镀附在两个包层玻璃内侧，所述两个外接电压接线点分别与两个透明导电膜层连接，所述二维液晶光子晶体处于密封盒中间，其中包含两条相邻平行线缺陷波导。本实用新型结构简单，体积小巧，且可调谐光功率分配比。

Description

基于二维液晶光子晶体的可调谐光功分器
技术领域
本实用新型属于光子器件技术领域，涉及一种可调谐光功分器，尤其涉及一种基于二维液晶光子晶体的可调谐光功分器。
背景技术
光功率分路器件(简称光功分器)是光纤通信网络中不可或缺的器件，在光纤到户无源光网络中得到了广泛的应用；并且也是高性能计算机之间的光互连应用中的关键器件。不过早期的光功分器主要为光纤光分路器，其中存在光功分不均匀、体积大且不可调谐等缺点。后来出现的平面光波光路型功分器需要采用光刻的工艺在一些半导体材料上制作虽然器件体积大为缩小但器件成本较高。
光子晶体的概念最早是在1987年提出的。光子晶体是按照晶体结构对称性制备的一种周期性微介电结构，主要有三角晶格和矩形晶格两种晶格结构。光子晶体最基本的特性就是具有光子禁带，频率在光子禁带频率内的光由于受到周期性电解质材料的强烈布拉格衍射，不能在光子晶体中传播。向光子晶体中填入液晶制成可调谐液晶光子晶体可以改善光子晶体的可调谐性能。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。
当在完整的光子晶体中引入缺陷时，光子禁带中会出现一个缺陷模，使原本不能在光子晶体中传播的光能在缺陷中传播，这就形成了光子晶体波导。光子晶体中两个缺陷相距很近时会产生耦合现象，基于该耦合理论的光子晶体光子耦合器可用于制作多种光子器件。
目前基于光子晶体波导的光功分器已经报道的有Y分支型光功分器、定向耦合器等结构，但均不能实现可调谐功率分配，必然限制它的实际应用。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种基于二维液晶光子晶体的可调谐光功分器，结构简单，体积小巧，且可调谐光功率分配比。
为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：
一种基于二维液晶光子晶体的可调谐光功分器，所述功分器包括主要包括一个二维液晶光子晶体可调谐光功分器密封盒；
所述二维液晶光子晶体可调谐光功分器密封盒包括两个包层玻璃、两个透明导电膜层、两个外接电压接线点以及二维液晶光子晶体；所述二维液晶光子晶体中包含两个相邻的平行线缺陷波导；
所述两个包层玻璃分别处于二维液晶光子晶体可调谐光功分器密封盒的最外侧，所述两个透明导电膜层直接镀附在两个包层玻璃内侧，所述两个外接电压接线点分别与两个透明导电膜层连接，所述二维液晶光子晶体处于密封盒中间，其中包含两条相邻平行线缺陷波导。
作为本实用新型的一种优选方案，所述二维液晶光子晶体中圆柱形硅柱按照三角结构排列构成，其基底介质为5CB型液晶。
作为本实用新型的一种优选方案，所述相邻平行线缺陷波导由在二维液晶光子晶体中移除两排相间三排硅柱的两排平行硅柱形成。
作为本实用新型的一种优选方案，两个透明导电膜层分别直接镀附在两个包层玻璃内侧。
作为本实用新型的一种优选方案，两个外接电压接线点分别与两个透明导电膜层连接。
作为本实用新型的一种优选方案，所述外接电压通过透明导电膜层施加到二维光子晶体基底介质即液晶上。
本实用新型的有益效果在于：本实用新型提出的基于二维液晶光子晶体的可调谐光功分器，通过调整基底介质液晶的控制电压即可改变二维光子晶体的禁带特性并导致两平行波导中输出的光能量分布产生变化。只需要调整到合适的电压便可以获得任意需要的光能量分布。本实用新型可广泛的应用于光通信和集成光学领域。
附图说明
图1为本实用新型可调谐光功分器的整体结构示意图。
图2为二维光子晶体波导结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本实用新型的优选实施例。
实施例一
请参阅图1，本实用新型揭示了一种基于二维液晶光子晶体的可调谐光功分器，所述功分器包括主要包括一个二维液晶光子晶体可调谐光功分器密封盒。所述二维液晶光子晶体可调谐光功分器密封盒包括两个包层玻璃1、两个透明导电膜层2(ITO层)、两个外接电压接线点3以及二维液晶光子晶体；所述二维光子晶体中基底介质为液晶4，硅柱5按照三角结构排列；所述二维液晶光子晶体中包含两个相邻的平行线缺陷波导6、7。
所述两个包层玻璃1分别处于二维液晶光子晶体可调谐光功分器密封盒的最外侧，所述两个透明导电膜层2直接镀附在两个包层玻璃内侧，所述两个外接电压接线点3分别与两个透明导电膜层2连接，所述二维液晶光子晶体处于密封盒中间。
本实用新型设备通过外部电压接线点3连接外部电压，然后通过ITO层2施加到液晶4上。本实施例中二维液晶光子晶体为圆形硅介质柱按照三角晶格排列组成，基底介质为5CB型液晶；在光子晶体中移除二平行硅柱得到两条平行线缺陷波导，线缺陷波导之间间隔三排硅柱5；整体结构参数选取如下：光子晶体晶格常数a＝0.44μm，硅柱半径r＝0.11μm，平行线缺陷波导对长度L＝26.4μm，宽度为6.6μm，本光功分器对应光通信波长λ＝1.56μm。
图2中二维光子晶体中两条线缺陷波导6、7通过移除两排平行硅柱得到且两线缺陷波导间隔为三排硅柱。激光从波导6中输入，后再波导6、7两者之间相互耦合并向前传播，最后从线缺陷波导6、7中分别输出。
激光由第一线缺陷波导输入，由于光子晶体相邻缺陷模之间的模耦合作用，后由两波导分别输出。当外加电压变化时，液晶折射率产生变化并影响耦合效应并最终改变两波导输出激光能量分配。
本实用新型的操作步骤
1，对应输入激光波长
本液晶二维光子晶体可调光功分器所对应的激光波长为常用通信用波长1.56λm。采用本波长激光使得本实用新型能够快速投入通信运用中去。
2，操作过程
本实用新型操作非常简单，首先将激光从线缺陷波导6中输入到本可调光功分器中，线缺陷波导7中不输入光；由于光子晶体中相邻缺陷模之间存在的模耦合效应，输入光将会在线缺陷波导6、7中相互耦合并向前传播。外部控制电压通过电源连接点3接入，电源连接点3与透明导电膜层(ITO层)连接，外部电压通过透明导电膜层(ITO层)施加到二维液晶光子晶体中的基底介质液晶上。当外加电压为零时，液晶呈现出正常折射率，只有波导6输出光，波导7中无激光输出。当外加电压逐时增大时液晶折射率也会变大，液晶折射率变大会导致二维液晶光子晶体的禁带特性产生变化并导致两平行线缺陷波导之间的模耦合效应并最终影响线缺陷波导6、7输出光能量分布的变化。波导6的输出光能量随电压增加呈线性减小直至最后无光输出，波导7的输出光能量随电压增加呈线性增加直至最后所有光均由其输出。通过调节外加电压大小可以得到任意分配比输出光。
综上所述，本实用新型提出的基于二维液晶光子晶体的可调谐光功分器，通过调整基底介质液晶的控制电压即可改变二维光子晶体的禁带特性并导致两平行波导中输出的光能量分布产生变化。只需要调整到合适的电压便可以获得任意需要的光能量分布。本实用新型可广泛的应用于光通信和集成光学领域。
这里本实用新型的描述和应用是说明性的，并非想将本实用新型的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本实用新型的精神或本质特征的情况下，本实用新型可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本实用新型范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。

Claims (6)

1.一种基于二维液晶光子晶体的可调谐光功分器，其特征在于，所述功分器包括主要包括一个二维液晶光子晶体可调谐光功分器密封盒；
所述二维液晶光子晶体可调谐光功分器密封盒包括两个包层玻璃、两个透明导电膜层、两个外接电压接线点以及二维液晶光子晶体；
所述两个包层玻璃分别处于二维液晶光子晶体可调谐光功分器密封盒的最外侧，所述两个透明导电膜层直接镀附在两个包层玻璃内侧，所述两个外接电压接线点分别与两个透明导电膜层连接，所述二维液晶光子晶体处于所述二维液晶光子晶体可调谐光功分器密封盒中间，其中包含两条相邻平行线缺陷波导。
2.根据权利要求1所述的基于二维液晶光子晶体的可调谐光功分器，其特征在于：
所述二维液晶光子晶体中圆柱形硅柱按照三角结构排列构成，其基底介质为5CB型液晶。
3.根据权利要求1所述的基于二维液晶光子晶体的可调谐光功分器，其特征在于：
所述相邻平行线缺陷波导由在二维液晶光子晶体中移除两排相间三排硅柱的两排平行硅柱形成。
4.根据权利要求1所述的基于二维液晶光子晶体的可调谐光功分器，其特征在于：
两个透明导电膜层分别直接镀附在两个包层玻璃内侧。
5.根据权利要求1所述的基于二维液晶光子晶体的可调谐光功分器，其特征在于：
两个外接电压接线点分别与两个透明导电膜层连接。
6.根据权利要求5所述的基于二维液晶光子晶体的可调谐光功分器，其特征在于：
所述外接电压通过透明导电膜层施加到二维光子晶体基底介质即液晶上。
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