[发明专利]基于异质结光子晶体耦合腔波导的单纤三向光器件

说明书

本发明公开了一种基于异质结光子晶体耦合腔波导的单纤三向光器件，包括相互连接的第一光子晶体单元和第二光子晶体单元，第一光子晶体单元上设有一条主波导和两条下路波导，两条下路波导分别位于主波导的两侧，两条下路波导的轴心线重叠且与主波导的轴心线相互垂直，第二光子晶体单元设有一条上路波导，上路波导的轴心线与主波导的轴心线重叠，主波导与两条下路波导之间、主波导与所述上路波导之间分别设有一个耦合微腔，三个耦合微腔内分别设有无源硅缺陷介质柱。本发明采用异质结型光子晶体材料，实现多信道滤波；通过调整两微腔中无源硅缺陷介质柱的半径和偏移量，提高透射率，减小插入损耗，增大目标光波透过率。

技术领域

本发明涉及一种单纤三向光器件，尤其涉及一种基于异质结光子晶体耦合腔波导的单纤三向光器件。

背景技术

随着数据业务对带宽的需求日益增长，传统的光学器件已无法满足高速发展的通信网络。在现代光通信系统中，单纤三向光器件是PON方式FTTH的一个核心器件，它的性能直接影响到通信质量，其主要功能是将波长为1550nm的模拟CATV信号、波长为1490nm的数字信号和波长为1310nm的终端用户传输信号耦合进一根光纤中，从而实现“三网融合”业务。

目前实际应用中的单纤三向光器件是由分立式元件耦合而成的，具有不易封装、损耗严重和成本高等缺点，而且尺寸一般为毫米和厘米数量级，远不能满足于未来集成光学器件发展。作为一种新兴介质材料，光子晶体具有高集成、易控制等特点，可灵活控制光的传输，被广泛应用于集成光路领域中，特别是光通信用器件的研制，如单纤双向光器件、单纤三向光器件(Triplexer)和光解复用器等。

光子晶体是同折射率分布的周期性排列的一种晶格结构，其最根本的特征就是“光子禁带”(PBG)，即频率落在禁带范围内的电磁波均不能通过光子晶体。利用这一特性，在完整光子晶体中引入点缺陷和线缺陷形成的谐振微腔和波导产生共振耦合，就可实现对光路波长量级的控制。

在单纤三向光组件的实际应用中，除要求其具有高度集成的结构外，还需具有处理多个通信波段的能力。然而目前基于光子晶体的多信道下路滤波器的报道甚少，所能操作的波长普遍较为单一，结构较为复杂，且对通信波段仍存在一定的损耗，间接减小了所需光波的透过率，具体缺陷如下：

1.传统单纤三向光器件是由分立式元件耦合而成的，集成度相对较低，加工过程易产生误差，从而降低耦合效率，造成损耗严重，器件封装难度较大，生产效率低，存在滤波片易刮花等问题，废品率及成本较高，不适用于未来光子集成的发展；

2.由于不同介质的介电常数比、晶格结构、介质填充比等材料参数设计的不合理，导致光子禁带较窄，所对应的波长λ范围部分满足通信波段范围，使得滤波频段较为单一，不能满足复用系统的要求；

3.微腔的整体结构设计以及与波导的耦合容易造成部分光波能量的损耗，存在基于光子晶体微环结构的滤波器设计方案，结构复杂，而且这种结构容易在环区拐弯的地方激发起其他模式，从而降低滤波器下路效率，增大了损耗，减小了透过率。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种结构简单、透过率高、插入损耗小、隔离度高的基于异质结光子晶体耦合腔波导的单纤三向光器件。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：