[发明专利]一种基于光子晶体的可调谐带阻滤波器有效
申请号: | 201911208946.6 | 申请日: | 2019-11-30 |
公开(公告)号: | CN110908017B | 公开(公告)日: | 2022-03-25 |
发明(设计)人: | 陈善日;吴雨霏;周绍林;廖绍伟 | 申请(专利权)人: | 华南理工大学 |
主分类号: | G02B1/00 | 分类号: | G02B1/00;G02F1/19;G02F1/23 |
代理公司: | 广州粤高专利商标代理有限公司 44102 | 代理人: | 何淑珍;陈伟斌 |
地址: | 510640 广*** | 国省代码: | 广东;44 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 基于 光子 晶体 调谐 带阻滤波器 | ||
本发明公开了一种基于光子晶体的可调谐带阻滤波器,所述滤波器主要是由介质层和相变层两种折射率不同的材料周期排列,相互交叠组合而成,并且相同介质的结构尺寸完全相同。该滤波器的原理是当电磁波沿Z轴正方向垂直入射时,电磁波会在层叠的交界面处发生无数次的反射和折射,从而形成了一个非常平整,接近水平的阻带,也称为光子禁带。在光子晶体的基础上,使用相变介质,从而使光子晶体的光子禁带发生蓝移。此滤波器最大的优点在于,可以实现器件电磁特性的动态可调谐。在易于制造且成本低廉的同时,阻带滤波效果极其的好。
技术领域
本发明涉及太赫兹波段电磁波滤波特性领域,具体涉及一种基于光子晶体的可调谐带阻滤波器。
背景技术
近些年来,人们对开发具有稳定光学特性的器件的创新策略给予了极大的关注。但是随着纳光子器件、光电子器件的应用深入,在集成光子芯片、光互联甚至光子集成线路等方面,固态的光学特性已经和实际应用脱节。这就需要为器件引入有源特性,增加动态调节灵活性,所以越来越多的研究人员开始关注器件的可调谐特性。
光子晶体的概念是在1987年分别由S.John和E.Yablonovitch提出,并且由于它所特有且很重要的光学性质吸引了许多研究者的关注。光子晶体是由不同折射率的介质周期性排列而成的人工材料。光子晶体能有效的控制光的传播,因为具有一个最根本的光学特征——光子禁带——落在禁带中的电磁波是禁止传播的,也就是说在这个禁带内光的反射率为1。基于此,许多有前景的应用出现了,比如高品质反射镜、超棱镜、光子晶体光纤、光子晶体波导、高效率发光二极管、光学开关、传感器、非线性光学。
为了实现具有动态可调谐的器件,人们在许多新兴的方案中付出了大量的尝试与努力,例如使用微机电系统,对外部机械张力具有显著响应的材料,具有电/磁光学特征的半导体材料和液晶夹杂物。然而,这些方案都难以实现有效的有源调谐。
例如文章(Ahmed,Shaban,Aly,2017)所阐述的使用的材料是铌酸锂(LN),当其接入电极时,虽然也能实现调谐功能,但是使用了超高的偏压,这在实际应用中是一个比较棘手的难题。又比如文章(Phys et al.,2017)所使用的材料是液晶,当此器件接入电极之后也能实现较好的调谐功能,但是最重要的一点是基于液晶的层级的设计和制造面临高复杂性和难以进行集成化的问题,这与未来的发展方向相悖。
另一方面,最近通过使用相变材料,已经广泛研究了一种简便的方案,例如流行的Ge-Sb-Te系列具有可调介电特性。基本上,GST的特征在于至少一个非晶和一个晶体(金属)稳定相,而这些状态之间的过渡可以通过电脉冲或光脉冲或通过热退火来热触发。在电气开关的情况下,可逆相变可以在亚纳秒时间尺度上发生,这允许超快速切换。两个相位的相互转变使得其相对介电常数也相应的发生改变。结果,将GST的相变材料与光子晶体层级结合在一起,以构成电或热可重新配置的装置,基本上可行。
因此,设计一种制造工艺简单、成本低廉且阻带滤波效果极好的带阻滤波器才能更好的应用于复杂的电磁环境中。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的问题,本发明目的在于提出了一种基于光子晶体的可调谐带阻滤波器,并且通过Ge2Sb2Te5(GST)的相变实现了可调谐光谱行为。可调光子晶体器件与近期火热异常的可调超表面器件相比,在介电损耗方面可调光子晶体器件具有非常大的优势。在制造工艺方面,光子晶体更为简单且成本低廉。而且由于自身所特有的光学特性,能实现效果极好宽阻带滤波调谐功能,对电磁波表现出非常优越的调控效果。
本发明至少通过如下技术方案之一实现。
一种基于一维光子晶体的新型带阻滤波器,所述滤波器主要是由介质层和相变层两种折射率不同的材料周期排列,相互交叠组合而成,并且相同介质的结构尺寸完全相同。
作为本发明的进一步技术方案,所述滤波器由三层介质层和三层相变层交替堆叠而成。
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