[发明专利]一种基于非线性光子晶体的太赫兹波调制器及调制方法

说明书

技术领域

本发明是一种太赫兹波调制器(光子晶体结构)，尤其是一种缺陷模迁移型、非线性光子晶体太赫兹波调制器，涉及太赫兹波通信与光信息处理的技术领域。

背景技术

在当今信息大爆炸的社会中，数据通信业务对带宽的需求日益增长，300GHz以下的无线频谱资源已经耗尽，而太赫兹波(100GHz～10THz)是频谱上的最后一段空白，将其应用于未来的无线通信领域，以解决高速率、超宽带无线接入问题是必然的趋势。太赫兹波调制器作为太赫兹波通信系统中关键的一环，引起了国内外学者的广泛研究。同时，可调谐光子晶体作为一种新兴材料，被广泛的用于制作光通信系统中的调制器、光开关、滤波器等各种功能器件。光子晶体技术和太赫兹波技术的相结合为设计出一种太赫兹波调制器提供了新的思路。

根据调制机理的不同，光子晶体太赫兹波调制器主要分为以下两类：光子带隙迁移型和缺陷模迁移型。其中光子带隙迁移型太赫兹波调制器是利用光子带隙的迁移来实现对太赫兹波的断、通调制；而缺陷模迁移型太赫兹波调制器是利用光子晶体的缺陷模迁移来实现对太赫兹波的断通调制。并且缺陷模迁移型太赫兹波调制器比光子带隙迁移型太赫兹波调制器的调制性能更好。

非线性光子晶体太赫兹波调制器具有以下优势：调制器的响应速度可以提高到飞秒量级，因此调制速率可高达GHz量级；调制器的插入损耗低；调制深度可以达到很大；控制光的阈值功率可以大大降低，调制器的稳定性和可靠性可以很大程度上得到保证；体积非常小，易于集成电路。

缺陷模迁移型非线性光子晶体太赫兹波调制器，是在光子晶体的点缺陷处引入三阶非线性光学介质。控制光垂直X-Z平面入射在点缺陷处，随着控制光强的增大，三阶非线性光学介质的折射率因光克尔效应将发生快速变化，光子晶体中点缺陷谐振腔内的缺陷模频率将发生动态迁移，从而控制传播太赫兹波的通、断，实现把信号加载到太赫兹波上。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种基于非线性光子晶体的太赫兹波调制器及调制方法，其采用光控的方法，具有很高的调制速率，且为缺陷模迁移型，从而大大减小了调制器的插入损耗，调制深度也得到了很大的改善。

技术方案：为了适应高速、超宽带太赫兹波通信系统的发展，使太赫兹波调制器具有调制速率高、低插损和大调制深度的性能，我们提出了一种新型的基于非线性光子晶体的光控太赫兹波调制器，使其工作在太赫兹波段，具有实际的应用价值；目前大部分光子晶体太赫兹波调制器采用液晶等响应时间缓慢的可调谐材料，因此调制速率都很低，仅为10kHz左右，限制了其在高速太赫兹波通信系统中的应用；且调制器都采用带隙迁移型结构，其插入损耗或调制深度等性能不理想。我们采用点、线缺陷组合结构，并在中心点缺陷处填充非线性有机聚合物聚苯胺，得以实现缺陷模迁移型、基于非线性光子晶体的太赫兹波调制器，调制器的调制速率高达2.5GHz，调制深度大于20dB，插入损耗低于1dB，调制性能良好。

本发明的基于非线性光子晶体的太赫兹波调制器包括三角晶格硅光子晶体、波导区、牵引点、点缺陷谐振腔；其中，三角晶格光子晶体是沿X-Z平面呈三角形周期性分布的空气孔型硅光子晶体，在其两端引入对称的线缺陷构成波导区，在三角晶格光子晶体的中心空气孔处填充非线性光学材料聚苯胺形成点缺陷谐振腔，在波导区和点缺陷谐振腔之间设有牵引点，太赫兹波从波导区的左端输入，波导区的右端输出；控制光沿着垂直于X-Z平面的方向入射到中央点缺陷谐振腔内。

信号光是太赫兹波，太赫兹波从波导区左端输入，波导区右端输出，控制光由常用激光器提供或者由其倍频光提供，控制光沿着垂直于X-Z平面的方向入射到中央点缺陷谐振腔内。

本发明的光子晶体太赫兹波调制器的太赫兹波调制方法，是利用光子晶体点缺陷的缺陷模频率的动态迁移来实现对太赫兹波的通、断调制；通过改变控制光的大小，使光子晶体中心点缺陷处的非线性光学介质的折射率因光克尔效应发生快速变化，从而使点缺陷谐振腔的缺陷模频率发生改变，以此来控制传播太赫兹波的通、断，实现把信号加载到太赫兹波上。