[实用新型]多信道异质结构光子晶体滤波器

说明书

技术领域

本实用新型涉及微纳光子学和波分复用领域，具体涉及一种多信道异质结构光子晶体滤波器。

背景技术

光滤波器是光通信系统（波分复用系统（WDM））以及光子集成领域的基本组成单元，用于实现光信号的上下路功能；为了充分利用光通信系统,面对越来越密集的波长通道,光滤波器的尺寸要求越来越小并且易于集成；传统的半导体光滤波器体积较大，不利于光通信日益集成化的发展趋势；光子晶体由于具有体积小、损耗低、易集成的特点，因此它已应用于光子晶体滤波器中，基于光子晶体的上下路滤波器尺寸比以前传统器件大大减小,达到微米量级。

在光子晶体滤波器方面，由于三端口侧边耦合下路滤波器方便引入多个微腔，可以实现多通道滤波而被众多研究者采纳。一般情况下，光子晶体侧边耦合的最大下载效率不超过50%，这是因为当光子被耦合进入微腔的同时，一大部分的光能量会以前向波和后向波的形式返回到波导中。为此， Kim 等人在波导末端设计了反射壁，实现了100%的反射反馈，下路效率得到了很大提高。 Ren等人设计了一种侧边耦合的波长选择性反射微腔，增加了三端口下路滤波器的下路效率, 然而，这种滤波器需要两个微腔有相同的谐振频率，在工艺中较难实现。

发明内容

基于上述背景，本实用新型提供一种高透过率、高品质因子、多信道的二维正方晶格光子晶体滤波器：多信道异质结构光子晶体滤波器。本实用新型采用下述技术方案：光子晶体滤波器包括了光子晶体PC1、主波导、下路波导、线性渐变型微腔、异质结反射器。光子晶体PC1由圆形硅柱周期性排列在空气中组成，在该光子晶体PC1中去掉一排水平的介质柱形成主波导，在垂直于该主波导方向上去掉一列介质柱形成一个垂直下路波导，在主波导和各个下路波导之间引入微腔，每个微腔都包括3个以上半径不同的介质柱，由微腔中心分别到主波导以及下路波导方向的硅柱半径呈线性递增的趋势。在光子晶体PC1波导末端嵌入其硅柱半径大于光子晶体PC1硅柱半径的光子晶体PC2，形成异质结反射器。光信号从主波导左端输入，从下路波导输出。

本实用新型可以获得如下有益效果：利用光子晶体波导的导模禁带特性，通过在波导末端嵌入大半径硅柱的方式引入异质结光子晶体，形成了一种滤波器反射结构。该异质结滤波器在一个较大带宽范围内的反射效率接近100%；再将该异质结反射器与能够提高微腔品质因子特性的新型渐变型微腔结合，通过合理的调整微腔参考面与异质结界面的距离，实现了滤波器的高效下路，滤波效率都在90%以上，透射谱半高宽都在0.54nm以下，均达到较高的品质因子，且该滤波器尺寸大小只有15.15μm*13.91μm，易于集成。

附图说明

图1为本实用新型实施例的结构示意图。

图2中的（a）和（b）分别为无反射器和带异质结反射器的光子晶体三端口下路滤波器结构示意图。

图3中（a）和（b）分别为本实用新型中的光子晶体PC1和光子晶体PC2的波导导模曲线。

图4为本实用新型与无任何反射器的光子晶体滤波器的下路效率的对比图。

图5描述了多通道滤波器的工作频段，图中曲线为光子晶体PC2的波导导模曲线。

图6为多通道滤波器中a,b,c,d四个下路的透射谱。

具体实施方式

图1所示，光子晶体滤波器包括了二维正方晶格光子晶体PC1、主波导、下路波导、线性渐变型微腔、异质结反射器。光子晶体PC1由圆形硅柱（n=3.4）周期性排列在空气中组成，在该二维光子晶体PC1中去掉一排水平的介质柱形成主波导，在垂直于该主波导方向上去掉一列介质柱形成一个垂直下路波导，用同样的方法再形成四个弯曲下路波导。在主波导和各个下路波导之间引入微腔，每个微腔都包括数个（3个以上）半径不同的介质柱；由微腔中心分别到主波导以及下路波导方向的硅柱半径呈线性递增的趋势，称其为线性渐变型微腔，仅改变微腔中心的硅柱半径即可完成选频作用；光信号从主波导左端输入，从下路波导输出。光子晶体PC1的介质柱半径优选值为0.2a，光子晶体PC2的硅柱半径优选值为0.375a，两者具有相同的晶格常数a，为了涉及适用于第三通信窗口（1550nm）附近波段的滤波器，取晶格常数a=570nm。