[发明专利]一种光子晶体波导对角模干涉FANO共振结构

说明书

本发明公开了一种光子晶体波导对角模干涉FANO共振结构，其包括由若干个具有折射率的介质柱排布构成的二维光子晶体线型波导，二维光子晶体线型波导包括两个波导端口和一个点缺陷谐振腔，其中两个波导端口分别设置在点缺陷谐振腔的两侧，点缺陷谐振腔包括四个介质柱和一个横截面为正方形或近似正方形的点缺陷介质柱，其中点缺陷介质柱的两侧相对称地分别设置各两个介质柱，四个介质柱和点缺陷介质柱的各个中心等距离地间隔排布。本发明结构紧凑，便于控制Fano谐振的明模和暗模，易于与其它光子晶体器件实现集成。

技术领域

本发明涉及光子晶体点缺陷模式分布和Fano共振领域，具体涉及一种由光子晶体波导对角模干涉导致的Fano共振结构。

背景技术

近年来光子晶体一直是人们研究光器件的热门领域。光子晶体是由不同介电常数的材料通过周期晶格排列构成的晶体结构。电磁波在光子晶体内传播时，布拉格散射导致电磁波被调制而形成能带结构，处于禁带中的电磁波完全不能传播。对光子晶体中引入缺陷可以实现对电磁波的引导与控制，由此可以获得各种不同功能的器件，如光子晶体激光器、滤波器、传感器等。

Fano共振最先是在量子领域发现的，后来在光学领域也发现了很多Fano共振现象，其主要特点就是具有非对称线型和极窄的线宽，可广泛应用于光开关、激光、生物传感等方面，近年来在光学领域掀起了一股研究热潮。一般情况下，光学Fano共振的产生需要两个条件：a、宽带模或较宽的共振模，也叫亮模；b、较窄的共振模，也叫暗模，在窄模共振频谱点附近，两个模式波的相位有π的差异。两个模式耦合、干涉后，在相位差为π的频率处，两个模式相消，出现一个很陡的谷，也就是在暗模的共振频率附近出现一个谷，而相位相长部分则两个模式强度相互加强，在某频率处会观察到一个尖峰。然而，现有的文献报道，构造可控的光子晶体Fano共振都需要采用复杂的非对称结构，才能进行有限的调节。

随着光子晶体器件集成度的增加，对光子晶体器件的体积要求是越小越好。如果在小型化与简化结构的同时，还能够更好地对Fano共振线型进行调节和控制将会使光学Fano共振的应用研究向产业化更进一步。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光子晶体波导对角模干涉FANO共振结构，结构简单对称，克服了上述现有技术中的不足，通过一个点缺陷腔构造出两个相交波导模，且能够实现对Fano共振明模和暗模的灵活调控。

为了实现上述目的，本发明提供一种光子晶体波导对角模干涉FANO共振结构，适于设置在具有折射率的背景介质中，其包括：

二维光子晶体线型波导，所述二维光子晶体线型波导由若干个具有折射率的介质柱排布构成，所述二维光子晶体线型波导包括两个波导端口和一个点缺陷谐振腔，其中两个所述波导端口分别设置在所述点缺陷谐振腔的两侧，所述点缺陷谐振腔包括四个所述介质柱和一个点缺陷介质柱，其中所述点缺陷介质柱的两侧相对称地分别设置各两个所述介质柱，四个所述介质柱和所述点缺陷介质柱的各个中心等距离地间隔排布，所述点缺陷介质柱的横截面的高宽比为0.99～1.01，近似为正方形。通过所述点缺陷谐振腔构造出两个相交波导模，从而实现构造光子晶体Fano共振。

优选地，四个所述介质柱和所述点缺陷介质柱排布在同一直线。

根据本发明的优选实施例，所述介质柱按正方晶格或三角晶格排布形成二维光子晶体。

根据本发明的优选实施例，所述背景介质的折射率小于1.5。

优选地，所述背景介质为空气、真空、或泡沫材料。

根据本发明的优选实施例，所述介质柱的折射率大于2.6。

优选地，所述介质柱的材料为硅或砷化镓。

优选地，所述介质柱的横截面为圆形或正多边形。