TWI290242B - Electromagnetic frequency filter - Google Patents

Description

1290242 玫、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 ，發明係關於一種由導波路取出 波的頻率濾、波器。該頻率濾波器係：羊之先或電磁 【先前技術】 》先通㈣域等。 在光通信中，為增大單位時間可 用波長分割多工直出之貝讯1，多使 波長(頻率)的光，二別捭載二送路徑中傳輸複數個 工方式，伟在t 號。此種波長分割多 人：：送路徑的入口側混合各波長的&，在出口 及八:;當中取出各波長。因之，必須有光的合波哭 刀波益，或是波長濾波器（頻率濾波器）。 作為此種分波器，目前係使 然而，陣列導波路繞射光柵一般係使用石英栅。 考夏’現狀只得使用達數cm角之稍大元件。 器刀“的小型化’正檢討使用光子晶體的頻率遽波 子結晶’係具有周期折射率分布的光學功能材 枓：對光子的能量具有能帶結構。尤為特別的特徵在於能 夠形成無法傳遞光的能量區域（光子帶隙）。藉由在光子晶 體:適度導人缺陷’進而在光子帶隙中藉由該缺陷而形成 能量位準(缺陷位準）。如此’即能使上述光子帶隙中的能 量所對應之頻率範圍中，僅有對應缺陷位準之能量的頻率 能夠存在。若能使結晶中的上述缺陷為線狀的肖，即能成 為用以傳輸既定頻率光的光導波器，$能使結晶中的缺陷 1290242 為點狀，即成為共振於既定頻率光的光共振器。 在曰本專利特開2〇〇1 __ 文獻1)，其中的2维光子曰體孫報(以下稱為專利 之圓柱孔，… 係以周期排列成三角形狀 "又置成周期折射率分布，並 線狀缺損來形成導波路(_]、圖υ :且在=柱孔的 大周期排列之圓U直ίΓ文獻1的實施例中，對加 由該構成，來製作分波哭成之點缺陷作了討論。藉 波路之光4，^ ，分波11係將傳輸於導 入士 " /、有點缺陷的共振頻率之光擷取至外部. 合波器係將具點缺陷之共振頻率之光由外部導Μ波路/ 中所：：：本：利特開2°°3 - 279764號公報(專利文㈣ 斤揭不者，係在形成周期折射率分布的異折射率區域當 成團目广的2個以上之異折射率區域形成缺陷，據以形 ()缺陷。此處之異折射率區域之缺陷的形成 ，係使該異折射率區域的折㈣異於其他異折射率區域之 :射率。較其他異折射率區域的折射率為高者稱為施體 (do謝）型缺陷’較低的為受體（accept〇r)型缺陷。上述專利 、的°己載中’藉由增大圓柱孔而形成的缺陷係受體型 缺陷’未設異折射率區域而形成的缺陷為施體型缺陷。由 團鎮缺陷及單冑1個異折射率區域的缺損所形成的點缺陷 ，總稱為「點狀缺陷 專利文獻2更一步提出面内異質結構2維光子晶體， :中係具有各以相異的周期配置異扔射率區域之複數個禁 T區域，並分別在各個禁帶區域中設置點狀缺陷。如此， 1290242 =在各禁帶設置相同形狀的點狀缺陷，仍會因異折射率 °°° 周肩不同，使各點狀缺陷分別共振於相異頻率的光 導力欧ΐ文獻1及2之波長分合波器，係透過點狀缺陷在 路與外部之間進行光的導入及操取。另一方面，在曰 ^特表则―508887號公報（專利文獻3)中所揭示者 2維光子晶體内設置2個直線導波路，在該2個直 ^ f路之間設置點狀缺陷（參照專利讀3的圖3及圖 8)。猎由該構成，將具有點狀缺陷的共振頻

St導：另一導波路。此為合波器。又，於-導波路傳

輸重$複數個頻率的井 A 另一導波路，此為分波器。頻率的光單獨導至 =路與點狀缺陷間的距離’若小至可在兩者之間進 灯11欠’則在2個導波路間亦可進行光的接收。因此 皮1=3之構成恐在點狀缺陷以外的位置誘使2個導 接收既定頻率以外成分之光，而造成信號的串音 至此為止的祝明例，孫你 , 係使用2維光子晶體的光分波器 及先5波器，然而，不僅獨 Q丄 门说於九，對電磁波亦同，此 卜，/、有2維光子晶體以外的 ^ ^ 曰7、、ϋ構之先頻率濾波器（波長滤 波态）、或電磁波濾波器，亦有 有相冋問碭。又，以下所載的 「電磁波」亦包含光。 ，其目的在於，提供一 導波路間以高效率接收 本發明係為解決上述問題而為 種電磁波頻率濾波器，其能在2個 1290242 既定頻率之電磁波。 【發明内容】 本發明的電磁波頻率濾波器，具備 為解決上述問題 U)輪入導波路，係 丨单用以引導電磁波； (b)輸出導波路，係 方向既定係用以引導電磁波’其配置成在長邊 乃门既疋乾圍内之距該齡 範圍外之距評入墓决，4波的距離’小於在該既定 距°亥輸入導波路的距離；以及 (C )共振器，係配署 的該既輸人導波路與輸出導波路之間 既疋軌圍内，共振於既定頻率之電磁波。 此種電磁波頻率滹古 士々 千應/皮态之構成，可使用2維光子曰俨 。本發明之使用2維光子曰^择光子曰曰體 ·· *尤于曰曰體的電磁波頻率濾波器中具備 (a)2維光子晶 數個折射率異於本 體，係具有周期性排列於板狀本 體的區域； 體之複 (b)輸入導波路 狀而形成； (c)輸出導波路， 狀而形成之導波路， °亥輸入導波路的距離 路的距離；以及 係將孩異折射率區域之缺陷設置成線 係將4異折射率區域之缺陷設置成線 係配置成其長邊方向之既定範圍内距 ，小於在該既定1爸圍外距該輸入導波 間 陷 "、派益，係配置於該輸入導波路與輸出導 、且在既定範圍内’由共振於既定頻率電磁波之 所構成。 1290242 又，此種電磁波頻率濾 内異質結構之2維光子晶體皮：:構成，亦可使用具有面 構的2维光子本發明中，使用面内異質結 隹先子曰曰脰之電磁波頻率濾波器，且備. (a)面内異質結構2 ；' 有2個以上之禁帶區域，==係在板狀本體内設 以相異之周期，在本體配置複^折區對各禁帶區域 ； 是數個折射率異於本體之區域 (b)輸入導波路，係在各 之缺陷設置成線狀而形成，可通過Ϊ禁帶將Λ異折射率區域 (0輸出導波路，係於各 域之缺π番士 °σ或中’將該異折射率區 域之缺“置成線狀而形成之導波路，： 向之既定範圍内距該輸入導波路的距離，小於在； 圍外距該輸入導波路的距離；以及 :在錢定範 ⑷共振器’係配置於該輸入導波 、且在既定範圍内，由共振 L路之間 所構.成。 振於既疋頻率電磁波之點狀缺陷 此種使用面内異質結構2維光子a雕 波器中，各秽帶F Β φ μ # 日日之-¾•磁波頻率濾 並未包含：:=輸:導波路之穿透頻帶的-部分， 3在βf £域一側之所有 穿透頻帶，但包含在上述相反二^入導波路 波路穿透頻帶，設於各禁帶區域之上：：：區域的輸入導 ，最好是包含在上述-部分之穿透頻帶:振器的共振頻率 以下，詳述上述發明。 (1)本發明之電磁波頻率濾波器 1290242 本發明之電磁波頻率渡波器，在輸入導 波路之間具有共振器，用以共振於既定單！頻率成:出導 磁波。此電磁波頻率遽波器與專利文獻3的電刀之電 波器同樣具備3個構成要素，然而，本發明中該等^率遽 =位置關係為其特徵。其係使輸入導波路與輸:： 間的距離在既定範圍中為最小，將共振 ： 圍内的輸入導波路與輸出導波路間。 以既疋範 以上述方式構成之理由如下。在此電磁波頻率濟波哭 中，藉由輸入導波路與共振器間的能量結合，同樣的，； =器與輸出導波路的能量結合’俾在輸入導波路與輸： 泠’路間接收具共振器的共振頻率之電磁波。為增加接 的電磁波強度，希減少輸入導波路一共振器間以及共振器 輸出導波路間的距離，以增強能量結合。因之，共振器 =存在乾圍中’輸入導波路與輸出導波路間的距離愈小愈 佳。另-方面，-旦縮短輸入導波路與輸出導波路間的距 離，即增加未透過共振器而直接接收的電磁波強度。此點 非為樂見之事，因為共振器之共振頻率以外頻率的電磁波 亦被接收。為避免該問題’共振器的存在範圍以外，輸入 導波路與輸出導波路間的距離愈遠愈佳。為一併滿足該兩 項it·、件，本發明之電磁波頻率濾波器採用如上構成。 藉由上述構成’本發明可作為分波器，俾從輸入導波 路將既定頻率之電磁波分波至輸出導波路。與該分波器為 相同構成之電磁波頻率濾波器，亦可作為合波器之用，俾 從分波器之「輸出導波路」將既定頻率之電磁波導入「輸 11 入導波路」。此士 之輸入導波路，：波：的皮器：「輪出導波路」成為合波器 出導波路。再者；：入導波路」成為合波器的輸 導波路」，若無其二：::輪入導波路」及「輸出 輸出導波路。 糸♦曰分波器的輪入導波路及 本發明之輪入導波路及輸出 例而言，在輪入道、士 v波路之典型構成，舉 方'上、十、 ^波路、輪出導波路中的任一 ;上述既定範圍的邊界具有f曲角之 7或兩方

波路、輸出導波路的任一方 ：。又，使輸入; 外，亦可不_由_ ώ立 /又方平岣地彎曲至既定範f 个稭由考曲部之設置。 彎曲部不必然能使通過導 波得以全數通過。能穿透“… 4既定範圍的電為 率依存性I 相部㈣磁波，其穿透率” 手依存性，異於導波路在上 u 的葙盎妒六^ 乩无疋乾圍中之電磁波穿透等 嘩"：：’ ’乃是依存於彎曲部的構造。利用此點，可 谋求考曲部構造之最佳化，使並 1 2

12 1 ^ ^ , ，、振的的共振頻率被高穿透 ::員：所包…保有既定值以上的穿透率，據此，可使 ::、、之電磁波以良好的效率通過。又，彎曲部難使既定 頦。以外之雜訊電磁波通過，可降低雜訊。 2 再者，由於可使輸出導波路的端部離開輸入導波路， 因而’可將輸出導波路的端部配置於期望位置。此點在專 利文獻3的直線狀之輸出導波路則不可能實現。 亦可對1個輸入導波路設置複數條輸出導波路。此時 ，於每一輸出導波路與輸入導波路間設置共振器。以各共 振裔共振於相異頻率之電磁波，據此，在傳播傳輸重疊相 1290242 =:2率的電磁波之輸入導波路與各輸出導波路間， J收授不同頻率夕+ 成，輸出導波路為: /若依據專利文獻3的構 藉數師山’、、、平仃於輸入導波路之直線，故無法設置 複數條輪出導波路。 在輪出導波路之不進行電磁波之輸出入側，設置反射 二ί當設定共振器與反射部間之距離，即可據以提高 ^率或合波效率。上述反射部，可藉由設於輸出導波 路之端部或彎曲部犧。此處，作為反射部用途的彎曲

部丄亦可為設在既定範圍之邊界的上述f曲部，亦可為另 行設置者。 作為分波器時，共振器與反射器間的距離設定，最好 是由共振ϋ導人至輸出導波路的電磁波中，傳輸至反射部 之相反側(輸出入側)的電磁波，與自反射部反射而傳輸至 輸出入側的電磁波，其相位差等於0。據此，該2電磁波 因2涉而彼此增強，而能強化所擷取之電磁波強度。再者

，電磁波被反射部反射時，亦有因反射部的構成而改變相 位者。在上述反射之際有相位反轉時，使共振器與反射部 間之距離為共振波長的（2η_ 1)/4倍（11為正的整數，以下 同）。另一方面，在反射之際未改變相位時，其距離為乓捃 波長的η/2倍。 若為合波器時，共振器與反射部間的距離設定，最好 是由合波器之輸入導波路（分波器之輸出導波路）導向共振 器的電磁波中，由共振器所反射的電磁波，與通過共振哭 由反射部所反射的電磁波，其相位差等於万。據此，今2 13 1290242 反射波因干涉而減弱，Λ ^ 而此增加導入共振器之電磁波強度 。再者’與反射部睥 丨4相冋的，電磁波由共振器反射之際亦 有因共振器的構成而改變 又艾相位者。在共振器及反射部中倶 反轉電磁波相位時’或者，倶未改變相位時，其距離為共 振波長的（2n~1)/4/立 ^ ^ ) 七。又，僅由共振器或反射器的一方 之反射造成電磁波相彳☆ e 位反轉，在另一方的反射中則未改變 相位時，其距離為共振波長的n/2倍。 Ο使:2維光子晶體之本發明的電磁波頻率渡波器 至目别為止所述及之雷并 之電磁波頻率濾波器，其構成，雖 :使："電體¥波路及環狀共振器等的電磁波濾波器 然而，基於降低電磁波損失及裝置 下述之2維光子晶體。 ^里且用 本發明之2維光子晶體電磁波頻率濾波器，係以並厚 2小於面内方向大小之板狀體（平面）作為本體，將折射 -於本體的區域’周期性的排列於該本體 =體’以作為母體。此母體之2維光子晶體中成以= 的異折射率區域來形成光 周^ 倍处旦 成光子贡隙，在該範圍内無法存有且 :里之電磁波。亦即，與其對應頻帶的電磁波 ： 體。本體材料可使用例如Si或In ^ # a iff ί 一 uaAsP。異折射率區域 係以折射率異於本體之材料 次 利文獻i所载之圓柱孔為1並刑 其中’上述專 型例。若採關柱孔，僅@ 易製作。將任何材料配置於本體，更為容 若使周期排列於本體内的異折射率區域具有—部分缺 14 1290242 t的居’將因此而打亂其周期性。對缺陷的折射率或大小 二翏數作適當設定’可在光子帶隙中形成缺陷位準，該 在:位準的能量所對應之頻率的電磁波’可存在於缺陷所 勺位置。若將此缺陷連續設置成線狀，可 形成導波路，，俾容一定頻率範圍的電磁波穿透。本=、中 係使輸入導波路與輸出導波路之兩者的距離，在既定範 圍内達到最小。 里在上述既定範圍中，於輸入導波路與輸出導波路間的 :::射率區域形成點狀缺陷。該點狀缺陷可為上 二或團箱缺陷中的任一種…可為上述受體型或施體型 ▲壬種。猎由適切設定點狀缺陷的種類、大小、位置等 在光子帶隙中形成既定之缺陷位準，僅有缺陷位 >白、此量所對應之頻率的電磁波，能在缺陷位置發生共振 。亦即，該種點狀缺陷成為共振器。 、 猎由上述構成，可在輸入導波路與輸出導波路間收授 具有共振器的共振頻率之電磁波。同時，可避免其他頻率 之電磁波被直接收授於輸人導波路與輸出導波路之間。 為抑制電磁波由共振器漏至結晶面之垂直方向而造成 損失，較佳的共振器，係以具有異折射率區域之缺指所構 成之施體型點狀缺陷。 在輪入導波路或輸出導波路的上述既定範圍之邊界# 置彎曲部的話’即能使兩導波路的距離在㈣範圍内達= 最小。調料·㈣部巾的異折射率區域之折射率、周期、 形狀'大小中的至少其中1個參數，能據以控制該彎曲部 15 1290242 之牙透頻帶。利用此 的w …邵將易於通過具有共振器 的」辰頻率之電磁波，難以通過其他頻率之電磁波。因而 中u部可發揮降低雜訊電磁波之作用，減少 中既定頻率以外的電磁波。 等/皮路 波riir晶體亦與上述相同地’在輪出導波路的電磁 :貞之相反側’設置了由端部或彎曲部 ㈣部’藉由適當設定共振器與反射部間的距離，可2 二：效率或合波效率。此距離之設定條件亦與上述相同： =，由於電磁波在2維光子晶體的點狀缺陷反射之際會 定，必目Γ老因此’合波器中的共振器—反射部間的距離設 考慮在反射部所反射的電磁波相位變化。 藉=設置複數條輸出導波路，對各輸出導波路設 個共振器，用以i£获於^ s斗玄， 用心、振於相異頻率之電磁波’據此，即能在 ::波路與輸出導波路之間’分別收授不 的電磁波，此點亦與上述相同。 貝羊 率者材:：中二有因光、麼力、熱的外部外用而改變折射 1 口 ’在1nGaAsP系或1nAlAsP系等半導體中 由量子井的能帶充填（band fiUi ) ’ 曰 神科+朴 文果，以雷射光照射來 器(=!广：广文變折射率。若將該些材料作為共振 部作用迻成;)的11“或全部’則隨著折射率之改變(因外 成)，共振器之共振頻率亦會產生變化。據此，僅 =;ΓΓ時，能在輸入導波路及輸出導波路間接 :二、之’磁波。相反的’亦可由外部作用的施加， 排除既定頻率之電磁波。其係發揮⑽/off之開關作用 16 1290242 ，俾藉外部作用翁輪 器時）。再者，葬出導波路擷取（分波器時）或導入（合波 電磁波頻率。周郎外部作用的強度，亦可控制接收的 藉由設置複數條輪 折射率出¥波路，且對各共㈣ 1置上揭 收二：！ 可藉外部作用的施加，據以選取用來 在導波路附近設置相右在複數條輪出導波路中分別 Μ ^ ^ 〃、〃、振頻率的共振器，可藉外部作用 末選擇輸出導波路，據以選取輸出電磁波 Η 乍用 ’若對於複數條輸出導波 V革。相對的 你、參 於導波路附近設置同一 Ji 湧率之共振器，可將同一 “振 導波路來加以輪出。M羊之輸出電磁波由相異之輸出 t前所述，若電磁波由共振_ 漏將造成損失，故需予以批制^ π玉罝方向洩 哭、、H 4 Φ 工，，、、、、而，有時亦刻意由共振 用來、>丨；r鈐入i 猎由测疋所洩漏的電磁波，可 于輸入導波路及輸出導波路之間接收的電磁波強度 (3)本發明中，使用面内異質結 波頻率濾波器。 冓、准先子晶體之電磁 本發明中，使用專利文獻2所 維光子晶體所構成之電磁波頻率渡㈣内異f結構2 將本體劃分為數區域，所劃分之數，與八：如以下所示。 之數目相同。該區域稱為禁帶區域。對:=的頻率種類 周期配置異折射率區域，具有共通的禁C區域以相異 異折射率區域的線狀缺陷，形成輪:或M連，之 守波路，使通過全部 17 1290242 之禁帶區域。對於各個禁帶區域設置輪出導波路，設置位 置與輸入導波路之距離係在既定範圍内為最小。在各輸出 導波路及輸入導波路之間的上述既定範圍内，設置點狀缺 陷(共振器）。該點狀缺陷最好是能與上述同樣為施體型點 狀缺陷。因共振頻率依存於異折射率區域之周期，對各苹 帶區域設定各異折射率區域之周期，可據以控制導入至各 輸出導波路（分波器時）的電磁波頻率。

再者，輸入導波路之電磁波傳輸方向，其禁帶區域希 以共振頻率的上昇順序或下降順序並排。使禁帶區域以丘 振頻率的上昇順序並排時，係循其順序遞減異折射率區域 之周期’使禁帶區域以共振頻率的下降順序並排時，循其 順序遞增異折射率區域之周期。據此，在各禁帶區域中輸 入導波路的穿透頻帶的一部分’能夠不被鄰接於重疊波的 傳輸方向之禁帶區域的輸入導波路穿透頻帶所包含。在各 f帶區域所設置的共振器’其共振頻率，係被該一部分二 牙透頻π所包含。藉而’在分波器中’點狀缺陷的共振頻 率所對應的電磁波當中’未被導入點狀缺陷逕予通過的電 磁波’在與相鄰禁帶區域之邊界被全反射，再度陷於該點 狀缺限中。因而’可提高通過該共振器而導入輸出導波路 =電磁波的比率’可提昇分波效率。對合波器同樣可收提 昇效率之效。 面内異貝結構2維光子晶體亦與上述相同的，在輸出 $波路的私磁波出入側之相反側，設有反射部，藉由適當 叹疋共振器與反射部間之距離，可提高分波效率或合波效 18 1290242 =該㈣的設定條件亦與上述相同。此時之反射部，除 以上述之輸出導波路的端部或彎曲部等所構成者之外， 亦可將輸出導波路設晋 頻率之電磁波Μ穿H 域（該共振器的共振 反射部。会牙透之區域）間的邊界，以該邊界來作為 上述所揭示内容中，以隨外部作用而改變折射率 =乍為共振n，俾作為從輸㈣波路取线導人電磁 開關；以及’可經由檢出共振器的電磁波浅漏， 4g 路，、輪出導波路間收授的電磁波強度，上 ……結構2維光子一 如本發明所示者，冰 抑 縮短輸入導波㈣輸出存在的既定範圍内，係 則拉大兩者的距離=::!，在此範圍之外， 輸出導& a 、振益使侍輸入導波路與 輸=波路間收授既定頻率之電磁波時，具有較高的效率 :% ’可防止既定頻率以外的電磁波被兩導波路間所接 二’本發明可使輸出導波路端部遠離輸入導波路，故 、輸出導波路端部配置於期望位置，俾將既 磁波輸出至期望位置。 、 電 該電磁波頻率渡波器的構成希採用2維光子晶體。於 二！ΐ共振器使用施體型點狀缺陷，在輪入導波路* :而开1 授電磁波之際’可避免由共振器外漏電磁 1透於 °又’使用面内異質結構之2維光子晶體， 牙則入導波路之既定頻率的電磁波，被反射於禁帶區域 19 1290242 邊界’可提高導入J£撫哭 ^ ^ 、振。0之電磁波強度，提高輪入導波路 與輸出導波路間的電磁波接收效率。 【實施方式】 圖1所示者，係以一 2維光子晶體之電磁波（朵走 )頻率濾波器，作為太菸Β日—不 廿/ 、 ’、、 &月之電磁波頻率濾波器的實施例。 其係將作為異折射率p A 、 耵旱£域之空孔12，以三角格子狀，周期 性的配置於本體11。藉由由？丨 〇 D , 二 12的線狀缺損，形成輸人 導波路13。同樣以空孔 小成輪入 ^ ^ 扎12的線狀缺損來形成輸出導波路 14。其配置位置，係在 13，在…- 圍18内平行於輸入導波路 在此外的補，則遠離於輸人導㈣13 的-端連接外部導波路16。外部導波路16可為本㈣ 的相同材料所形成之细綠 _ 、、、、、良^波路。輸出導波路14之另一 立而，藉空孔12的設詈（益处了丨 。 （”、、工孔U的缺損）設有終端部172 。、’Ό而部1 7 2為既定蔚圍〗8 山 耗圍18的一端。既定範圍18的另一 鳊，形成輸出導波路14的彎 幻弓曲邛17丨。點狀缺陷15，係 成2定範圍18中的輸人導波路13與輸出導波路14 二广3個構成直線狀之空孔缺損，來形成直線 狀轭體型團簇缺陷。 於入2，來說明圖1之電磁波頻率遽波器的動作。 剧V;路13，係傳輸複數個重疊之頻 電磁波。其中，點狀缺陷15 ，，…，化之 透過點狀缺陷15被導入5w、率fk的電磁波，係 波路U之+磁、由 冑出導波路H。被導入輸出導 弓曲邛171而取出至外部導波路16 〇 ^ 20 1290242 在上述構成中，輸入導波路13與輸出導波路14並不 近接上述既定範圍18以外的範圍，使得在2個導波路間 所接收的電磁波，並不包含既定頻率以外的成分。又，因 為點狀缺$ 15為施體型點狀缺陷，故可抑制電磁波泡漏 於2維光子晶體面外所造成之損失。

圖3係使用2維光子晶體之電磁波頻率遽波器的其 他構成例。與圖！之電磁波頻率遽波器相同地，其中設有 .本體11、具有空孔2及輸入導波路"之光子晶體，設 置於光子晶體之複數條輸出導波路(輸出導波4 141 142 ··.)’及連接上述外部導波路⑹機·.··。在各輸出導波路 H 142…·與輸人導波路13之間，設有分別具不同共振 、U狀缺fe 151，152，....。此例中，點狀缺陷151係 直線狀之3個施體型㈣缺陷，點狀缺陷152係三角形之 3.個施體型團錢陷。再者，圖3中雖揭示了 2組之輸出 導波路、外部導波路及點狀 構成亦可。 …、而，具有3組以上之

藉由上述構成，傳輸於輸 。八等波路13之複數個重疊之 率，f2，〜fn之電磁波中，具有點狀缺陷151，152 ^各共振頻率的各電磁波，係透過各點 輪出導波路141，142 〇 , , π 溉V入至 ，…此係因電磁波頻率濾波器發揮功 月b，將相異頻率之複數個 早力 ^ ^磁波抽出至輸出導波路。 圖4’係顯示使用2維光 的其他構成例。與圖3之電m… 以羊遽"皮益 /皮湧率濾波器相同地，設有 本體11、空孔12、輪入道、士 導波路13、複數個輸出導波路 21 1290242 (⑷，144,…）以及外部導波路（163, 164,…）。本構成例中 ’在全部的輸出導波路143, 144，·與輸人導波路13之間 ，設有同樣的點狀缺陷153, 154,…，其中係埋入喊切 或GaAlAsP等會因雷射照射而改變折射率之同樣的 率可變構件193，194,…。 在未對折射率可變構件照射電射光時，點狀缺陷153, 154之共振頻率係fl ’在對折射率可變構件照射雷射光時 則成為f’ ’ ID雷射光之照射與否而有差異。藉由對折射 率可交構件193, 194, ···的其中i個照射電射光，可將傳輸 矜+波路13之頻率f’的電磁波，取出至外部導波路 163，1 64，...當中之期望的外部導波路。例如，將頻率尸的 電《取出至外部導波4 164日夺’係對折射率可變構件 194照射雷射光。此時，傳輸於輸人導波路13的頻率f，之 電磁波，在點狀缺陷153因共振頻率fl與該電磁波之頻率 相異’故未被導入輸出導波％ 143而逕予通過；在點狀缺 陷酋⑼則因共振頻率與該電磁波之頻率一致而被導入至輸 出‘波路144’取出至期望的輸出導波路164。如所揭示 者’埋入折射率可變構件之點狀缺陷153，154，可作為藉 雷射而動作之開關。 圖5,係顯示使用面内異質結構2維光子晶體之電磁 =率濾波器的-構成例。將本體21分割為複數個區域（ ⑼區域），對各區域以相異的排列周期al，a2, a3來配置 空孔U。此處雖以2〇1，2〇2,2〇3共3個禁帶區域來表示， 然而’亦可在ffl 5上方再設有其他不同之禁帶區域。各禁 22 1290242 帶區域中空孔32的排列周期ai，a2，， 係至現 al>a2>a3的關係。係形成輸入導波路23藉使通過所有的 禁帶區域。對於各個禁帶區域，與圖i的電磁波頻率濾波 器同樣地，形成了具有彎曲部的輸出導波路241，242, 243, …，點狀缺陷251，252, 253,…，以及外部導波路261’， 262, 263,…。各點狀缺陷係使用3個構成直線狀之施體型 團簇缺陷。 藉由圖6，3M兒明目5之電磁波頻率據波器的動作。 傳輸於輸入導波路23的複數個重疊之頻率fl，f2 仏之 電磁波當中’點狀缺陷251之共振頻率fkl的電磁波，透 過點狀缺m 251被導人至輸出導波路241。同樣的，點狀 缺陷252, 253, .··之共振頻率阳，阳，·之電磁波，分別 透過各個點狀缺陷，被導人至輸出導波路242, 243，.·.。導 入至各輸出導波路之雷#、士 ^ ’ 電磁波，係取出至分別連接於此 部導波路。 ^ 與圖1的電磁波頻率據波器相同地，因為點狀缺陷係 施體型點狀缺陷，故可如 日係 別是，在稍後所述，利用Γ磁波於面外方向的損失。特 ，尤其希望使用3個構成直：波於禁帶區域的邊界反射者 幕成直線狀之施體型團簇缺陷。 =用㈣«結_ 2維光子晶體中 可傳輸於輸入導波路Ml 不域 , 中的電磁波，其頻帶係依存於允

孔32的排列周期而互里 H &之電磁波係包含在# ，如圖7所讀，若頻率 輸頻帶-之端部時：2〇1内的輸入導波路中可傳 匕合在禁帶區域202内的輸入導 23 1290242

波路頻帶312。此時，傳輸於禁帶區域2(H内的輸入導波 路之頻率&，其電磁波在禁帶區域及禁帶區域202之 邊界71反射#叹有以该fa為共振頻率之點狀缺陷⑸ ，即使傳輸於輸人導波路的頻率fa之電磁波，並未陷入點 狀缺陷251而逕予通過，仍會在邊界271反射，因而，透 過點狀缺陷251而導入至輪出導波路241的頻率^，其電 磁波強度可較無反射時更高。共振頻率若於輪入導波路的 頻帶之端部則滿^上述條件。若使用上述3個缺損構成之 直線狀施體型團簇缺陷，可滿足上述條件。 因點狀缺陷所造成之電磁波的反射，係導入至輸出導 波路之電磁波強度被弱化的原因之—。因為在邊界Π， 272, 273,…的反射而使電磁波相位反轉時，點狀缺陷251， 252, 253, ...與邊界 271，272, 273，·間的距離 li，η，以 …係各點狀缺陷之共振波長的（2n- 1)/2倍。據此，於邊 界271，272，273，…反射的電磁波與點狀缺陷25ι，μ〗

2首53’ .··反射的電磁波發生干涉而被抑制，故能進一步強化 導入至輸出導波路之電磁波強度。 通過輸出導波路之既定範圍（例如圖k 141)的電磁波 ，不見得全部通過彎曲部(例如圖i t 171卜藉由調節彎 曲：附近的空?L 12之周期、形狀、大小，可抑制彎曲部 之電磁波穿透率的頻率依存性。其中一例，示於圖8及圖 卜圖8所示之空孔121，亦即係位於圖i的輸出導波路之 ’，、’曲部m的近旁之外側角者’較其他空孔具有更短的徑 長。圖9⑷及圖9(b)所示，係藉FDTD法（時域有限差分法 24 1290242 if計算電磁波頻帶的穿透率及反射率，其中圖9(a)係表示 与曲σ卩的空孔之相關參數與周圍相同時（圖1)之計算結果 ’圖9(b)係表示圖⑻之計算結果。在圖9⑻的計算中，圖 8的工孔121的半徑為〇 2坤為空孔12之排列周期），其 他空孔12的半徑為〇.29a。藉由改變彎曲部的空孔徑長， ::::率為最大之規格化頻率(將〜為光速戌以頻 ‘，，、次凡導出值)由0.271(即》9(a))時改變成 =吻時藉而，與上述3個缺損所構成之直線狀施體（ ^族缺陷的共振頻率G 267(規格化頻率）—致 頻率之電磁波以良好的效率通過。 了使既疋 率二二振頻率”曲部之最大穿透 頻率設二m:周期a。因此，只要對1個共振 I、振益及芩曲部，對於其他的 由調節排列周期a，使得妓 、頻率，亦可藉 大牙透率之頻率輕易地達到一致。 ：曲術 使用異質結構時，無_各異折 於， 。又，上述控制亦同樣適用於調刀別…曲部 之其他參數時。 、° P弓曲°卩附近的空孔12 在輸出導波路的兩端t中 端與外部之電磁波接收效率1广置終端部時，另-距離。對於此點， ：：於終知部肖共振器間的 13的一端為第另-=^其計算例。輸入導波路 電磁波之接收側為第3埠，钦埠―’輪出導波路14中 第3埠的反射率為0。在第2 ^為第4 4 °在第1痒及 弟2痒側因例如存有相鄰異折射 25 1290242 率區域等理由而使反射率為卜作為導波路終端部 埠的反射率為1。又，共振器至第1埠〜第3追 = 第™ 長々1〜1·5心間時，各埠之具有共振器 、士私ώ: Μ » /、搌波長之電磁 波強度。猎该圖可了解，當距離d4為共振波長的…侪 時，具有共振器的共振波長之電磁波，係全數輸出至第口3 璋。此係對應於輸出導波路端部及共振器間的距 波長的（2n— 1)/4倍（11為正的整數）時。 【圖式簡單說明】 (一）圖式部分 弟 1圖’係本發明之雷磁、、古相、玄，、南 电兹波頻率濾波器之一實施例， 使用2維光子晶體之電磁波頻率濾波器的示意圖。 、第2圖，係用以說明第！圖之電磁波頻率遽波器之電 磁波的分波圖。 第3圖，係使用2維光子晶體之電磁波頻率滤波器的 -實施例的示意圖，用以說明如何從具相異頻率的複數個 電磁波中掘取或導入電磁波。 第4圖係使用2、准光子晶體之電磁波頻率滤波器的 -實施例之示意圖，其具備使既定頻率電磁波輸出至期望 的輸出導波路之開關功能。 第5圖’係本發明之電磁波頻率遽波器之一實施例， 使用面内異質結構2維光子晶體之電磁波頻率濾、波器之一 構成例的示意圖。 26 1290242 之電磁波頻率濾波器之電 磁波頻率濾波器中，輸入 禁帶區域之關係的示意圖 弟6圖，係用以說明第5圖 磁波的分波圖。 第7圖，係顯示第5圖之電 導波路之穿透頻帶及共振頻率與 弟 團，係顯不調 數例的示意圖。 丨聊出導波路之彎曲部之空… 第9圖，係顯示第1圖及第8圖中 曲部之穿透率的計算結果。 輸出導波路的彎

第10圖，係用以顯不各導波路之端部中具有共振器的 共振波長之電磁波強度，係隨輸出導波路及共振器間距離 之差異，有不同之計算結果。 (二）元件代表符號 11 :本體 12 :空孔 1 3 :輸入導波路

14 :輸出導波路 15 :共振器 16 :外部導波路 23 :輸入導波路 141，142 :輪出導波路 151〜154 :點狀缺陷 161〜164 :外部導波路 17 1 :彎曲部 27 1290242 172 :終端部 193,194 :折射率可變構件 201〜203 :禁帶區域 241〜243 :輸出導波路 251〜253 :點狀缺陷 261〜263 :外部導波路

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Claims (1)

1290242 95 年 1〇 , 第92136501號申請案，申請專利範圍修正本 拾、申請專利範圍： 一種電磁波頻率濾波器，其特徵在於，具y (a) 2維光子晶體，係具有周期性排列於板狀本體之複 數個折射率異於本體的異折射率區域； ， Μ (b) 輪入導波4，係將該異折射率區域之缺陷設置成線曾 Μ ^ : 煩 ，W , eW r曰改1风綠〜 狀而形成； 舅 ⑷輸㈣波路，隸該異折射㈣域之缺陷設置成線， '而形成之‘波路，係配置成其長邊方向之 I 於在該既定範圍外距該輸入導波去 (d)共振器’係配置於該輸人導波路與輸出導波路之間| 且在既疋乾圍β ’由共振既定頻率電磁波之點狀缺陷所眷 Μ> 〇 該輪入導波路的㈣ 路的距離；以及 質 構成。 ▲ 2.如中睛專利範圍第丨項之電磁波頻率遽波器，其中 ’该點狀缺陷係由異折射桌 羊區域之缺知而形成之施體型點 狀缺陷。 3·如申晴專利範圍第1或2頊之雷 布4 2貝之電磁波頻率濾波器， 中’具有複數條該輪屮道、由々 斗 ^ 、s 叛出導波路，並在各輸出導波路與該 輸入導波路間之gJF中β 圍内，於各輸出導波路具備J£振既 定頻率電磁波的共振器。 侑，、振既 4·如申請專利篇图 ^々认 乾圍苐3項之電磁波頻率濾波器，盆中 ’该各輸出導波路之文/、〒 各，、振器的共振頻率互異。 5 · —種電磁波頻率奮 屬半濾波裔，其特徵在於，具備·· 29 1290242 □ ⑷面内異質結構2維光子晶體，其係在板狀本體内設 有2個以上之禁帶區域，在各禁帶區域中，對各禁帶區域 以相異之周期，在本體配置複數個折射率異於本體之異折 射率區域； (b)輸入導波路’係在各禁帶區域内將該異折射率區域 之缺fe β又置成線狀而形成，可通過全禁帶區域； 、（）輸出導波路，係於各禁帶區域中，將該異折射率區 域之缺陷設置成線狀而形成之導波路，係配置成其長邊方 向之既定範圍内距該輸入導波路的距離，小於在該既定範 圍外距該輸入導波路的距離；以及 (幻共^器，係配置於該輸入導波路與輸出導波路之間 疋範圍内，由共振既定頻率電磁波之點狀缺陷所 6. ，該點 狀缺陷 士申，月專利範圍帛5項之電磁波頻率滤波器，其中 狀缺陷係由異折射率區域之缺損而形成之施體型點 7·如申睛專利範圍第5或6項之電磁波頻率濾波器， 了中各7R ▼區域中的輸入導波路之穿透頻帶的一部分， :未包：在該禁帶區域一側之所有禁帶區域的輸入導波路 牙透頻页’但包含在相反側之所有禁帶區域的輸入導波路 穿透頻帶’且設於各禁帶區域之該共振器的共振頻率，包 含在該一部分之穿透頻帶。 ^如申請專利範圍帛7項之電磁波頻率據波器，其中 於省各π π區域中，係將與該一端之相鄰禁帶區域之邊 30

1290242 界面、至屬於該禁帶區域之共振器間的距離，設定成被該 共振裔所反射、具有違禁帶區域之共振器共振頻率之電磁 波’與同頻率且通過该點狀缺陷、被禁帶區域邊界面所反 射之電磁波的相位差等於7Γ。 9. 如申請專利範圍第7項之電磁波頻率濾波器，其中 ’該點狀缺陷係使3個直線狀相鄰的異折射率區域缺損所 形成的直線狀施體型團簇缺陷。 10. 如申請專利範圍第1、2、5、6項中任一項之電磁 波頻率濾波器，其中，該輸入導波路與輸出導波路之其中 一方或雙方在既定範圍的端部具有彎曲部。 11 ·如申請專利範圍第10項之電磁波頻率濾波器，其 中，該共振器之共振頻率係包含在該彎曲部之高穿透率頻 帶0 12.如申請專利範圍第u項之電磁波頻㈣波器，复 中，該彎曲部的異折射率區域，至少在折射率、周期、形 狀、體積大小中的任一項異於其他異折射率區域。 13.如中請專利範圍第卜2、5、6項中任―項之電磁 波頻率濾波器，其中，至少i個該共振器之部分或全部， 係由會因來自外部之作用而改變折射率的材料所構成。 、5、6項中任一項之電磁 導波路設有反射部，俾用 14 ·如申請專利範圍第1、2 波頻率濾波器，其中，在該輸出 以反射具有該共振器之共振糖鱼沾φ ，、搌頻羊的電磁波，共振器與反射 部間的距離，係設定為由丘撫哭道λ s* θ田，、搌為導入至輸出導波路之電磁 波，與反射部所反射之電磁波的相位差等於 31 (Γ (V7| 1290242 I5.如申請專利範圍第1、2、5、6項中任一項之電磉 波頻率渡波器，其中，在該輸出導波路設有反射部，用以 反射具有該共振器之共振頻率的電磁波，共振器與反射= 間的距離，係設定為由共振器所反射之電磁波，與反射= 所反射之電磁波的相位差等於V。 " 1 6.如申请專利範圍第14項之電磁波頻率據波器，其 中，該反射部係由下列住一去丄、 ^ ° " 下歹^者所形成：設於輸出導波路端 Ρ之％曲部、没於該既定範圍 疋轭闺鳊部之彎曲部、設於既定範 圍碥部以外位置之彎曲部、盥^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ 成的邊界面。 ^側之相鄰禁帶區域間形 如中請專利範圍第15項之電磁波頻率濾波器，其 Τ ’该反射部係由下列任_泰 ^ ^- Λ ^ 斤形成：設於輸出導波路端 邛之；曲部、設於該既定範 囹細* , 固^ 之考曲部、設於既定範 圍柒部以外位置之彎曲部、盥 成的邊界面。 …側之相鄰禁帶區域間形 18.如申請專利範圍第1 ^ ^ ^ 4§ ^ ^ 5、6項中任一項之電磁 波頻率濾波器，其中，至少丨 咕沾 μ、 個忒共振器，係使共振電磁 及的一部分放射至外部。 拾壹、圖式： 如次頁 32