[发明专利]复合结构光子晶体

说明书

技术领域

本发明涉及半导体行业光电子技术领域，尤其涉及一种用于实现三维光波调控的复合结构光子晶体。

背景技术

光子晶体是不同介电性能的材料在空间中周期排列的结构，可以对光子在该材料中的传播行为起到强烈的调制作用。光子晶体的一个典型特征，就是光子带隙的存在，处于禁带内的光子态不能在光子晶体中传播。根据介电材料在空间维度的分布，光子晶体可以分为一维、二维和三维光子晶体。

1991年，美国科学家制作出了世界上第一个具有全方位光子带隙的光子晶体结构。随后，世界各地的科学家设计制作了各种各样的光子晶体结构。如果在光子晶体材料中引入扰动或者缺陷，就会在光子晶体能带中引入缺陷态。点缺陷中产生的光子将被局域在这个缺陷周围，形成缺陷腔。利用这种缺陷模式，世界各地的科学家制作了各种各样的光子晶体点缺陷激光器。同样，也可以在光子晶体中引入线缺陷，形成光子晶体光波导。

在实现本发明的过程中，申请人意识到现有技术存在如下技术缺陷：虽然三维光子晶体具有全带隙，在各个方向都能对光子进行限制，但是制作工艺复杂，成本较高；同三维光子晶体相比，二维光子晶体具有制作简单，实用性强的优点，不过它的缺点在于只能在三维空间的两个维度调控光子，在第三个维度上对光子的调控能力较弱。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为解决上述缺陷，本发明提供了一种基于二维平板光子晶体的复合结构光子晶体，以解决通常的二维光子晶体平板在垂直于平板方向对光波调控能力较弱的问题。

(二)技术方案

根据本发明的一个方面，提供了一种复合结构光子晶体。该复合结构光子晶体包括：叠层设置的三层二维光子晶体板；其中：中间层的二维光子晶体板水平设置，用于实现在X-Y平面上对光波的调控；上层和下层的二维光子晶体板竖直设置，分别位于中间层的二维光子晶体板的上下两侧，其法线方向与中间层的二维光子晶体板法线方向垂直，用于实现在Z方向上对光波的调制。

优选地，本发明复合结构光子晶体中，上层、中间层、下层的二维光子晶体板的带隙均覆盖待调制光波的波长；上层和下层的二维光子晶体板的带隙偏振相同，并且与中间层的二维光子晶体板的带隙偏振相反。

优选地，本发明复合结构光子晶体中，在中间层的二维光子晶体板上设置缺陷结构；上层和下层的二维光子晶体板的厚度至少能覆盖该缺陷结构。该缺陷结构为线缺陷结构或点缺陷结构。

优选地，本发明复合结构光子晶体中，上层、中间层、下层的二维光子晶体板的材料由预设的能带特征及缺陷态特征确定，为半导体材料或介质材料；上层、中间层、下层的二维光子晶体板的光子晶体参数由预设的能带特征及缺陷态特征确定。

优选地，本发明复合结构光子晶体中，上层、中间层、下层的二维光子晶体通过以下方式中的一种固定：一体成型方式；镶嵌到预置支架方式；键合方式；或缓冲层压接方式。

(三)有益效果

本发明具有下列有益效果：

1、本发明实现了对光波的三维调控，解决了通常的二维光子晶体平板在垂直于平板方向对光波调控能力较弱的问题；

2、本发明的通用性较强，通过对三个光子晶体周期，空气孔半径的调节，可以设计不同的带隙。带隙可以从可见光范围跨越到红外，在很大波长范围内实现对光波调控；

3、在本发明中，通过在中间层光子晶体中引入缺陷，可以制作特定功能的光电子器件，比如光波导，光学微腔，三维光学调控的实现，极大提高这些器件的光学性能。

附图说明

图1a为本发明实施例复合结构光子晶体XZ平面的示意图；

图1b为本发明实施例复合结构光子晶体YZ平面的示意图；

图1c为本发明实施例复合结构光子晶体中间层二维光子晶体板XY平面的示意图；

图2a为本发明实施例一复合结构光子晶体中间层二维光子晶体板的TE能带图；

图2b为本发明实施例一复合结构光子晶体上/下层二维光子晶体板的TE能带图；

图3为本发明实施例一复合结构光子晶体中间层二维光子晶体板缺陷波导的示意图；

图4为本发明实施例二复合结构光子晶体中间层二维光子晶体板缺陷腔的示意图；

图5为本发明实施例二复合结构光子晶体中间层二维光子晶体板缺陷腔的共振波长图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。