[发明专利]基于光子晶体非对易单向波导的波分解复用器

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于光子晶体非对易单向波导的波分解复用器，适用于光纤通信系统和网络。

背景技术

目前的光纤通信系统广泛使用波分复用技术(WDM)，它能有效地利用光纤的带宽实现大容量、长距离光纤通信，能在用户分配系统中增加业务数量。在这些波分复用技术的应用中，为了充分利用十分宝贵的带宽资源，波长通道间隔变的越来越窄，信道数变得越来越多,形成密集波分复用(DWDM)系统，乃至超密集波分复用(UDWDM)系统。这就要求多波长波分复用/解复用器不仅要有更小的尺寸，而且也要易于集成。然而利用传统的硅平板回路或者光纤得到的多波长波分复用/解复用器的尺寸都在厘米量级左右，无法适用于未来密集波分复用(DWDM)和超密集波分复用(UDWDM)系统中光网络节点的需要。另一方面，光子晶体具有光子带隙效应，能够控制光波的传播。基于这个特性，许多光通信器件，例如波分复用/解复用器，光开关以及调制器等被研究设计，它们具有传统器件所不具备的尺寸微小和易于集成的优点。在基于二维光子晶体的波分解复用器中，以光子晶体点缺陷共振构成的三端口和四端口结构因其具有更加微小的尺寸，已经引起广泛关注。四端口系统，即在两平行光子晶体波导结构中间放置两个光子晶体微腔，是目前研究的比较成熟的一种。但是这种系统具有较为苛刻和复杂的共振设计，即两波导间的两个微腔模式要完全简并，这可能给器件制作带来很大的困难。另外四端口系统与三端口系统相比，不易设计多波长波分解复用器。在三端口系统中使用单个光子晶体点缺陷微腔，波长下路效率理论上不超过50％。因此,必须设计相应的反射反馈部分，才能提高波长下路效率。有的采用异质结构光子晶体(晶格常数不同)，在晶格常数不同的光子晶体界面形成特定波长的反射反馈，在垂直于二维平面的方向从单个光子晶体点缺陷收集下路光能量，显然这样的结构比平面结构尺寸要大很多，且不易集成。有的在主波导末端直接设置反射界面结构来提供下路波长光信号的反射反馈，但这样的结构不可避免使得其他波长的光信号也完全反射到入射端，严重增大整个波分解复用器的反射干扰。在专利[CN101252407A]中，采用两个微腔来提高波分复用器的下路效率，一个微腔采用下路微腔使用，另外一个微腔作为波长选择性反射微腔使用。但这种结构要求两个微腔具有完全相同的共振频率，由于两个微腔Q值最小也在几千以上，这在当前的器件制作工艺条件下制作难度较大。

发明内容

发明内容

为了克服已有光纤通信系统波分复用方式的下路效率较低、器件制作难度较大的不足,本发明提供了一种下路效率较高、器件制作难度较小的基于光子晶体非对易单向波导的波分解复用器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于光子晶体非对易单向波导的波分解复用器，包括一根光子晶体非对易单向波导、N个单模光子晶体下路微腔和N根波长下路波导，其中N为波长数，N根波长下路波导、N个单模光子晶体下路微腔位于光子晶体非对易单向波导的同一侧，所述单模光子晶体下路微腔为连接光子晶体非对易单向波导和波长下路波导的点缺陷微腔，下路微腔衰减进光子晶体非对易单向波导的Q因子Q₁与下路微腔衰减进波长下路波导的Q因子Q₂之比Q₁/Q₂等于1。

进一步，在外界施加的静磁场作用下，所述光子晶体非对易单向波导在普通介质光子晶体和磁光光子晶体的界面产生。

每个单模光子晶体下路微腔通过改变某个介质柱的半径或折射率而获得。

每根波长下路波导通过在普通介质光子晶体中去除一列光子晶体介质柱获得。

再进一步，所述的普通介质光子晶体和磁光光子晶体的晶格类型均为正方形或者三角形。

在本发明中，下路微腔支持单模共振。经适时耦合模理论推导，证明在频率ω等于下路微腔的共振频率ω_o时，如果下路微腔本征损失的Q因子Q_o远远大于下路微腔衰减进光子晶体非对易单向波导的Q因子Q₁，此时下路微腔的本征损失可忽略不计。