[发明专利]一种光子晶体慢光波导装置及慢光效应获取方法

权利要求书

1.一种光子晶体慢光波导装置，其特征在于，该光子晶体慢光波导装置包括：

在方形结构的二维硅片的表面上，沿硅片长边的方向顺序排列刻蚀的以二维硅片中心线为对称轴的8排圆形散射元空气孔；

在二维硅片的对称轴上不予刻蚀一排圆形散射元空气孔的线缺陷；

孔间距为三角晶格常数a，三角晶格结构的光子晶体线缺陷波导设计，圆孔半径R＝0.328a的圆形散射元空气孔三角晶格结构；选择圆形散射元空气孔三角晶格排列结构不同的晶格常数a，获得不同频段的宽带低色散慢光传输；

在线缺陷两侧第一排孔内填充折射率n1＝1.748的光流体；

在线缺陷两侧第二排孔内填充折射率为1.35～2.2的n₂的光流体；

固定光子晶体慢光波导两侧第一排孔内光流体折射率，仅改变第二排孔内光流体的折射率，就能够得到群折射率连续变化的理想宽带、低色散慢光传输。

2.一种如权利要求1所述的光子晶体慢光波导装置的慢光效应获取方法，其特征在于，该慢光效应获取方法包括：

在硅基片上，三角晶格结构的圆形散射元空气孔构成的线缺陷光子晶体波导结构，圆形散射元空气孔半径R设计为晶格常数a的0.328倍；

在相同频段，基于基本的光子晶体慢光波导结构，保持第一排孔填充光流体折射率固定在n₁＝1.748，通过选择第二排孔光流体折射率为1.35～2.2的n₂，同时保持宽带、低色散特性，获得连续变化的群折射率慢光分布；

选择圆形散射元空气孔三角晶格排列结构不同的晶格常数a，获得不同频段的宽带低色散慢光传输，根据实际所需的慢光波长，晶格常数a＝F×λ，其中，F为平坦宽带慢光的归一化频率，λ为平坦慢光的波长。

3.如权利要求2所述的慢光效应获取方法，其特征在于，光子晶体慢光波导装置在高群折射率、低色散的条件下，具有平坦带宽的慢光效应，并且，具有高群折射率、低色散特性的慢光群速度根据第二排孔内光流体的不同折射率，在折射率为1.35～2.2的范围内变化，得到平坦带宽的慢光效应；

群折射率n_g和色散的关系由公式(1)表示：

其中，c为光速，v_g是群速度，k是沿波导方向的波数，ω是入射波或入射脉冲的中心角频率，对应的归一化频率表示为F＝ωa/2πc，归一化波数表示为K＝ka/2π，a为晶格常数。

4.如权利要求3所述的慢光效应获取方法，其特征在于，获得宽带低色散的慢光效应需n_g在|Δn_g|≤10％的频率范围内保持稳定，F和K保持线性变化，在第二排孔光流体折射率为1.35～2.2范围内，群折射率n_g为与第二排孔光流体折射率对应的常数，得到宽带慢光效应；

评价慢光的群速度色散特性，用二阶色散系数来表示，是波数对频率的二阶导数，由公式(2)表示：

5.如权利要求3所述的慢光效应获取方法，其特征在于，慢光的低色散特性以及带宽和群折射率之间的关系，用公式(3)定义一个综合参数归一化的延迟带宽积NDBP，其中，是平坦区|Δn_g|≤10％的平均群折射率，Δω/ω₀是平坦区的归一化带宽，这一综合参数用于综合评价慢光系统的延迟存储能力，公式(3)为：