[发明专利]一种基于含缺陷折射率层状周期结构的动态可调滤波器

说明书

技术领域

本发明属于光电子技术领域，具体涉及含缺陷的层状周期结构中的声光相互作用，以及基于这种作用的一种新型的动态可调滤波器。更具体而言，是一种通过声波对含缺陷的层状周期结构的缺陷模式进行调制从而设计出的一种动态可调的单/多波长带通滤波器。

背景技术

折射率周期性调制结构近年来越来越受到光通讯及传感领域的重视。由于折射率的周期性变化，折射率周期性调制层状周期结构能够形成与变化周期相关的布拉格禁带，在光波的传输过程中起到反射的作用。早在半个世纪前，物理学家就已经知道，晶体(如半导体)中的电子由于受到晶格的周期性位势(periodic potential)散射，部份波段会因破坏性干涉而形成能隙(energy gap)，导致电子的色散关系(dispersion relation)呈带状分布，此即众所周知的电子能带结构(electronic band structures)。然而直到1987年，E.Yablonovitch及S.John不约而同地指出，类似的现象也存在于光子系统中：在介电系数呈周期性排列的三维介电材料中，电磁波经介电函数散射后，某些波段的电磁波强度会因破坏性干涉而呈指数衰减，无法在系统内传递，相当于在频谱上形成能隙，于是色散关系也具有带状结构，此即所谓的光子能带结构(photonic bandstructures)。具有光子能带结构的介电物质，就称为光能隙系统(photonic band-gapsystem，简称PBG系统)，或简称光子晶体(photonic crystals)。层状周期结构正是基于光子晶体的概念发展起来的，近年来基于光纤布拉格光栅的应用迅猛发展更是证明了层状周期结构在光通讯其传感领域的重要性。

在层状周期性结构内引入缺陷，可以在层状周期性结构的禁带内形成缺陷模式，这种位于禁带内部的透射模式的透射率和透射峰的数量随着缺陷的不同而不同，这就为发展不同形式的通信传感器件提供了方便。其中，当半波单缺陷位于层状周期性结构的中心时，可以将缺陷两侧的折射率层状周期结构看作是两个Bragg反射镜，这样，缺陷的模式就在这样一个共振系统中共振增强，并在禁带中央形成一个完美的透射峰。

这种由于缺陷模而形成的禁带内的透射有非常广泛的应用。在光通信领域内的各种单波长或多波长滤波器、激光器等等都可以在层状周期结构的缺陷模的基础上加以设计。但是，这种设计有一个致命的缺点，就是一旦层状周期结构的结构形成就难以加以调控。

为了解决这个问题，各种调制手段近年来层出不穷。声波，作为一种弹性波，为解 决调制手段的问题提供了很大的方便。作为弹性波，声波在折射率周期性调制层状周期结构内传播的过程可以分为两个基本的部分：1、通过弹性力使得结构内部各个区域产生弹性位移；2、通过声光效应在结构内发生不同位移的部分产生不同的折射率变化。综合以上两种调制方式，声波可以对折射率周期性调制层状周期结构的缺陷模式产生微调，并有即插即用的优势，不会对层状周期结构的结构产生大的影响，对于层状周期结构在光通信、传感领域的进一步工业化提供了方便。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供了一种基于含缺陷周期性折射率调制层状周期结构的动态可调滤波器。这种滤波器不仅提供了良好的滤波效果，而且在不影响整个层状周期结构的基础上提供了对滤波效果的调制，从而使滤波器的功能获得了很大程度的扩展。

技术方案：本发明所述的一种基于含缺陷折射率层状周期结构的动态可调滤波器，包括：周期性折射率调制的层状周期结构和声源，所述周期性折射率调制的层状周期结构的折射率呈周期性交替变化，每个周期内包含折射率分别为n_A，n_B的两个部分，每个部分的长度分别为d_A、d_B纳米，则在波长为n_Ad_A+n_Bd_B的附近会形成禁带，并使n_Ad_A＝n_Bd_B；在上述周期性折射率调制的层状周期结构内部插入一个相位延迟等于周期内任意一部分的单元，制成半波缺陷，层状周期结构的折射率调制周期数m在100个以上；所述声源位于带半波缺陷的周期性折射率调制层状周期结构的一端，并与之保持稳定的刚性的低声学阻抗的接触。根据引入缺陷的数量和位置不同，声波波长不同，可分为：单缺陷动态可调滤波器、双缺陷非耦合同步调制滤波器、双缺陷耦合同步调制滤波器、双缺陷非耦合90°调制滤波器、双缺陷非耦合180°调制滤波器