專利名稱：：一種采用注入技術(shù)并帶有反射微腔的高下載率光子晶體解復(fù)用器的實(shí)現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種采用注入技術(shù)并帶有反射微腔的高下載率光子晶體解復(fù)用器的實(shí)現(xiàn)方法，屬于光通信
技術(shù)領(lǐng)域：
。
背景技術(shù)：
：隨著波分復(fù)用(WDM)技術(shù)在通信系統(tǒng)中的大規(guī)模應(yīng)用，許多不同結(jié)構(gòu)的解復(fù)用器被提出并得到了廣泛的研究。到目前為止，解復(fù)用器主要有半導(dǎo)體解復(fù)用器(文獻(xiàn)1,KoichiTakiguchi,TsutomuKitoh,ManabuOguma,AtsushiMori,andHiroshiTakahashi,“Integrated—opticdemultiplexersforopticalOFDMsignals,"OpticalFiberCommunicationConference(OFC)2011,禾口文獻(xiàn)2,JianjunChen,ZhiLi,JiaLi,andQihuangGong,"Compactandhigh-resolutionρlasmonicwavelengthdemultiplexersbasedonFanointerference,"OpticsExpress,Vol.19Issue10,pp.9976-9985(2011))，金屬光柵解復(fù)用器(文獻(xiàn)3，ChristopherR.Doerr，LimingZhang,andPeterJ.Winzer,"MonolithicInPMultiwavelengthCoherentReceiverUsingaChirpedArrayedWaveguideGrating",JOURNALOFLIGHTWAVETECHNOLOGY,VOL.29,NO.4，F(xiàn)EBRUARY15，2011)，半導(dǎo)體光柵解復(fù)用器(文獻(xiàn)4，J.F.Song,Q.Fang,T.Y.Liow,H.Cai,M.B.Yu,G.Q.Lo,andD.-L.Kwong"CffDMPlanarConcaveGratingMultiplexer/DemultiplexerandApplicationinROADM,“OFC，2011)，和光子晶體解復(fù)用器等等。其中，光子晶體解復(fù)用器作為一種新的研究領(lǐng)域，由于光子晶體具有抑制自發(fā)輻射、體積小、易于集成、低功耗等特性，有希望在WDM系統(tǒng)中得到更廣泛的應(yīng)用。由于光子晶體在解復(fù)用器應(yīng)用中具有巨大優(yōu)勢和潛力，所以近年來得到了廣泛的研究同時(shí)也得到了很多有創(chuàng)造性的研究成果。例如2009年M.F.0.Hameed等人的研究中提出并驗(yàn)證了基于液晶光子晶體結(jié)構(gòu)的的光纖解復(fù)用器(參考文獻(xiàn)5，M.F.0.HameedS.S.A.ObayyaR.J.Wiltshire,"Multiplexer-Demultiplexerbasedonnematicliquidcrystalphotoniccrystalfibercoupler，，，OptQuantElectron(2009)41:315-326禾口文獻(xiàn)6，F(xiàn).VanLaere,D.VanThourhoutandR.BaetsM.Ayre,C.CamboumacandH.Benisty,"GratingcoupledphotoniccrystaldemultiplexerwithintegrateddetectorsonInP-membrane",IPRMCONFERENCEPROCEEDINGS,2008)；2009年AliRostami等人利用光子晶體耦合腔結(jié)構(gòu)研究了帶寬低于0.5nm，可應(yīng)用于CWDM的超窄帶解復(fù)用器(參考文獻(xiàn)7，AliRostami,H.Habibiyan,F.Nazari,A.Bahrami,H.AlipourBanaeia,"AnovelproposalforDWDMdemultiplexerdesignusingresonancecavityinphotoniccrystalstructure",Proc.ofSPIE-OSA-1EEEAsiaCommunicationsandPhotonics,SPIEVol.7630,2009)0有更多基于不同結(jié)構(gòu)的光子晶體波分復(fù)用器相應(yīng)的被提出，并應(yīng)用到不同的通信領(lǐng)域，同時(shí)結(jié)構(gòu)也越來越復(fù)雜(參考文獻(xiàn)8，AminKhorshidahmadandAndrewG.Kirk,"StratifiedPhotonicCrystalDemultiplexer，，，OSA:C0TA/ICQI/IPNRA/SL，2008；參考文獻(xiàn)9，HenriBenisty,,CyrilCambournac,FrederikVanLaere,Student,andDriesVanThourhout,“Photonic-CrystalDemultiplexerWithImprovedCrosstalkbySecond-OrderCavityFiltering，，，JOURNALOFLIGHTWAVETECHNOLOGY,VOL.28,NO.8,APRIL15,2010;參考文獻(xiàn)10,CarlosA.Barrios,MariaJoseBanuls,VictoriaGonzalez-Pedro,etal,"Photoniccrystalwaveguide-basedMach-Zehnderdemultiplexer，，，APPLIEDOPTICSVol.45,No.3510December2006禾口參考文獻(xiàn)11,SanginKim,IkmoPark,andHanjoLim,"Highlyefficientphotoniccrystal-basedmulti-channeldropfiltersofthree-portsystemwithreflectionfeedback",Vol.12,No.22/OPTICSEXPRESS，2004等)。由于介質(zhì)柱結(jié)構(gòu)更容易獲得光子帶隙，大多數(shù)的理論研究采用該結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真。然而由于介質(zhì)柱光子晶體較難制作，實(shí)驗(yàn)中大多利用精密加工技術(shù)(如FIB聚焦離子束刻蝕)在SOI(SiliconOnInsulator)材料上打孔，形成介質(zhì)背景空氣孔結(jié)構(gòu)的光子晶體。這種空氣孔結(jié)構(gòu)光子晶體解復(fù)用器大多是通過改變空氣孔的半徑來影響導(dǎo)模的變化，進(jìn)而影響微腔的諧振頻率，從而實(shí)現(xiàn)波長選擇性下載。然而波長選擇性微腔對加工精度有相當(dāng)高的要求，有時(shí)甚至要精確到0.Olnm數(shù)量級(如文獻(xiàn)7)，而FIB技術(shù)只能實(shí)現(xiàn)幾個(gè)nm的精度，無法滿足精密加工的要求。另外，具有光子帶隙的空氣孔結(jié)構(gòu)其空氣孔半徑大都在0.3a以上(參考文獻(xiàn)11，溫熙森等，“光子/聲子晶體理論與技術(shù)”P118，2006)，較高的半徑會(huì)減弱光場進(jìn)入耦合腔的強(qiáng)度。有的小組采用堵塞主波導(dǎo)輸出端的方法來獲得足夠反射反饋(參考文獻(xiàn)12,SanginKim,IkmoPark,andHanjoLim,“Highlyefficientphotoniccrystal-basedmulti-channeldropfiltersofthree-portsystemwithreflectionfeedback"，Vol.12,No.22/0PTICSEXPRESS，2004)，然而該方法會(huì)將入射光除了下載波長以外的其余波長光波反射回入射端，這將引起嚴(yán)重的信號(hào)干擾。而且由于堵塞了主波導(dǎo)的輸出端，該設(shè)計(jì)不能在輸出端兩側(cè)增加更多的下路波導(dǎo)，無法應(yīng)用在大規(guī)模集成光路中。為了解決這兩個(gè)問題，本發(fā)明采用了微流體注入技術(shù)和反射耦合腔結(jié)構(gòu)...。由于空氣孔光子晶體能夠利用空氣孔局域液體，光子晶體可以被穩(wěn)定的注入折射率可選擇的微流體，實(shí)驗(yàn)表明可以穩(wěn)定的將液體注入某單個(gè)空氣孔內(nèi)(文獻(xiàn)13F.Intonti,S.Vignolini,V.Turck,M.Colocci,P.Bettotti,L.Pavesi,S.L.Schweizer,R.WehrspohnandD.ffiersma,"Rewritablephotoniccircuits,"Appl.Phys.Lett.89,2111171-21111732006)，意味著人們可以根據(jù)需要，在光子晶體的不同區(qū)域注入不同折射率的微流體，從而影響導(dǎo)模在光子晶體中的傳播特性。因而制作解復(fù)用器時(shí)可以沿主波導(dǎo)方向，在下載微腔特定距離位置增加反射微腔，由于耦合模理論(文獻(xiàn)13，HongliangRen,“Anovelpolarizationchanneldropfilterbasedontwo-dimensionalphotoniccrystals"，Vol.8，No.8/CHINESEOPTICSLETTERS，2010)，當(dāng)兩微腔的距離上產(chǎn)生η的奇數(shù)倍相位差時(shí)，光波因?yàn)槲⑶恢g的耦合作用完全進(jìn)入下載微腔，之后沿著下載波導(dǎo)輸出，實(shí)現(xiàn)高下載率的解復(fù)用器。本發(fā)明同時(shí)將注入技術(shù)和反射微腔結(jié)構(gòu)應(yīng)用到光子晶體波分解復(fù)用器的設(shè)計(jì)中，通過優(yōu)化微腔結(jié)構(gòu)和微腔之間的距離，并且通過注入不同折射率的微流體，實(shí)現(xiàn)了1550窗口處多路高效下載
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于解決波分解復(fù)用器制作過程中存在的兩個(gè)重要問題一是解復(fù)用器的下載效率不高，傳統(tǒng)解決方案如堵塞主波導(dǎo)輸出端口會(huì)造成信號(hào)干擾，并且影響解復(fù)用器的可擴(kuò)展性，無法應(yīng)用于光集成回路；二是光子晶體空氣孔結(jié)構(gòu)諧振腔的制作精度要求較高，目前技術(shù)無法滿足。本發(fā)明通過加入反射微腔來增加下載效率，本發(fā)明可以在1550nm處達(dá)到97%以上的透射率；通過使用注入技術(shù)影響諧振腔的中心頻率偏移，無需修改微腔結(jié)構(gòu)即可實(shí)現(xiàn)多路解復(fù)用。本發(fā)明采用Si介質(zhì)三角晶格空氣孔結(jié)構(gòu)，相對于空氣背景介質(zhì)柱結(jié)構(gòu)有更好的可實(shí)現(xiàn)性。本發(fā)明首先研究了單下載通道光子晶體解復(fù)用器。當(dāng)1550nm窗口光波進(jìn)入解復(fù)用器時(shí)，諧振頻率對應(yīng)波長光波耦合進(jìn)入下載微腔，最終從下路波導(dǎo)輸出。但并不是所有該波長光的能量都會(huì)直接耦合進(jìn)入下載微腔，會(huì)有一部分繼續(xù)沿主波導(dǎo)傳播，并耦合進(jìn)入反射微腔。由于下載微腔和反射微腔之間的相位差達(dá)到η的奇數(shù)倍，根據(jù)耦合模理論，此時(shí)反射微腔所有能量將反射進(jìn)入下載微腔，理論上達(dá)到100%的透射率。在利用反射微腔結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過微流體注入技術(shù)將不同折射率的微流體注入下載微腔和反射微腔的空氣孔中，將會(huì)使諧振頻率產(chǎn)生偏移。沿著Wi波導(dǎo)方向引入注入不同微流體的光子晶體諧振微腔，并使每個(gè)下載微腔與反射微腔能進(jìn)行很好的耦合，此時(shí)即可實(shí)現(xiàn)波長多路下載。與此同時(shí)，通過控制注入微流體的折射率或感知區(qū)域面積的大小(即填充被分析物空氣孔個(gè)數(shù)的多少)，還可以實(shí)現(xiàn)任意波長的光子晶體波分解復(fù)用器。本發(fā)明的目的可通過如下措施來實(shí)現(xiàn)一種采用注入技術(shù)并帶有反射微腔的高下載率光子晶體解復(fù)用器的實(shí)現(xiàn)方法，其中該光子晶體解復(fù)用器是基于三角晶格二維光子晶體平板微腔結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的，其中二維光子晶體平板結(jié)構(gòu)可以在半導(dǎo)體材料基板上通過聚焦離子束刻蝕法等技術(shù)制作。將完美二維光子晶體去掉一行空氣孔，引入Wl波導(dǎo)線缺陷，然后在線缺陷一側(cè)引入微腔形成下載微腔，在微腔下方引入下路波導(dǎo)；最后在線缺陷的另一側(cè)引入和下載微腔成對出現(xiàn)的反射微腔，反射微腔靠近線缺陷的一端空氣孔結(jié)構(gòu)和下載微腔相同。此時(shí)形成了理論上能夠100%下載諧振波長光波的波分解復(fù)用器。然后將多對下載微腔和反射微腔集成在一塊光子晶體平板上，采用微流體注入技術(shù)將不同折射率的微流體注入不同對諧振微腔中，形成多路高效波分解復(fù)用器，下載通道的下載效率均在90%以上。所述采用注入技術(shù)并帶有反射微腔的光子晶體解復(fù)用器是由光子晶體波導(dǎo)(Wl波導(dǎo))和3對結(jié)構(gòu)相同注入不同折射率微流體的諧振腔組成，其中Wl波導(dǎo)的寬度為萬^，a是三角晶格光子晶體的晶格常數(shù)。所述的二維光子晶體中，背景介質(zhì)為硅，空氣孔中是空氣。所述的二維光子晶體，晶格常數(shù)為a=458nm,空氣孔的半徑為0.如。所述的背景介質(zhì)硅的折射率為3.48，空氣孔的折射率為1。所述的光子晶體下載微腔靠近線缺陷和下路波導(dǎo)的空氣孔半徑減小為0.23a,也即104nm，現(xiàn)在的FIB技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)納米級別的精確加工，能夠滿足本發(fā)明的需要。反射微腔的結(jié)構(gòu)和下載微腔大致相同，但由于沒有下路波導(dǎo)，反射微腔只需減小靠近線缺陷的一側(cè)，其余空氣孔半徑仍為0.如。所述的下載微腔和反射微腔之間的距離由模耦合理論確定。諧振光在兩微腔之間傳播的相位差應(yīng)當(dāng)是η的奇數(shù)倍，本發(fā)明通過仿真Wl波導(dǎo)的能帶圖得到禁帶內(nèi)的缺陷導(dǎo)模，找到諧振中心頻率在該導(dǎo)模上對應(yīng)的傳播常數(shù)，根據(jù)公式推導(dǎo)計(jì)算得出當(dāng)兩微腔間距為10.56a時(shí)，波矢相位差是3π?？紤]到諧振腔會(huì)對Wl波導(dǎo)的缺陷導(dǎo)模產(chǎn)生影響，通過仿真本發(fā)明將微腔間距確定為11a。所述的光子晶體解復(fù)用器結(jié)構(gòu)可以用FIB技術(shù)在SOI材料上刻蝕實(shí)現(xiàn)，不同中心頻率諧振腔可以通過微流體注入技術(shù)注入諧振腔空氣孔實(shí)現(xiàn)。與傳統(tǒng)方法相比本發(fā)明有如下優(yōu)點(diǎn)本方案中所提及的一種采用注入技術(shù)并帶有反射微腔的高下載率光子晶體解復(fù)用器是一種基于二維光子晶體平板結(jié)構(gòu)，通過設(shè)計(jì)下載微腔和反射微腔之間的距離，使諧振腔之間實(shí)現(xiàn)高效耦合來設(shè)計(jì)完成。通過向諧振腔中注入不同折射率的微流體，實(shí)現(xiàn)了多通道的波長選擇性下載。本發(fā)明首次提出將反射微腔和微流體注入技術(shù)同時(shí)應(yīng)用在一塊光子晶體平板上實(shí)現(xiàn)多波長高效解復(fù)用器。傳統(tǒng)方法實(shí)現(xiàn)波長選擇性高效下載一般采用堵塞主波導(dǎo)輸出端的方法。這種方法會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的信號(hào)干擾，降低信噪比影響光傳輸?shù)目煽啃?；同時(shí)堵塞輸出端意味著不能自由增加下路波導(dǎo)的數(shù)量，影響器件的可擴(kuò)展性，不利于集成應(yīng)用。為了克服傳統(tǒng)光子晶體解復(fù)用器的這些缺點(diǎn)，本發(fā)明在主波導(dǎo)方向增加了反射微腔，利用微腔之間的耦合作用將特定波長的光局域在下載微腔內(nèi)，并通過下載波導(dǎo)輸出，從而實(shí)現(xiàn)高效解復(fù)用器。傳統(tǒng)利用光子晶體諧振微腔的波長選擇性而形成的解復(fù)用器主要是通過改變光子晶體的幾何結(jié)構(gòu)，例如空氣孔或介質(zhì)柱的半徑或形狀，但這種方法對解復(fù)用器的制作工藝要求很高，精度一般都在納米以下量級，這給實(shí)際制作帶來很大困難。本發(fā)明采用微流體注入技術(shù)，可以在諧振腔空氣孔中注入不同折射率的微流體，同樣可以達(dá)到改變透射峰對應(yīng)波長的目的，完全不用改變光子晶體的結(jié)構(gòu)。而且利用微流體注入技術(shù)實(shí)現(xiàn)的解復(fù)用器可以通過抽取技術(shù)將已注入的液體抽出，重新注入其它微流體，可以克服傳統(tǒng)的光子晶體解復(fù)用器制作成型后很難改變其輸出波長的缺點(diǎn)。另外本發(fā)明采用基于SOI材料制作的介質(zhì)背景空氣孔光子晶體，相對于制作空氣背景介質(zhì)柱的光子晶體有更好的可實(shí)現(xiàn)性。本發(fā)明的原理如下本方案中所提及的一種采用注入技術(shù)并帶有反射微腔的光子晶體解復(fù)用器是一種基于二維光子晶體平板結(jié)構(gòu)，通過設(shè)計(jì)下載微腔和反射微腔之間的距離，使諧振腔之間實(shí)現(xiàn)高效耦合來完成單通道下載；通過向下載微腔和反射微腔中注入不同折射率微流體，使諧振腔的中心頻率發(fā)生偏移完成多通道下載。其基本原理是當(dāng)在光子晶體主波導(dǎo)附近弓I入和下載微腔結(jié)構(gòu)大致相同的反射微腔后，由于波導(dǎo)和諧振腔以及諧振腔和諧振腔之間的耦合作用，導(dǎo)模中處于諧振頻率處的光就會(huì)局域到下載微腔內(nèi)，當(dāng)耦合強(qiáng)度很高時(shí)，透射譜中導(dǎo)模范圍內(nèi)處于諧振頻率處的光波就會(huì)從下載微腔沿下路波導(dǎo)輸出。下載微腔和反射微腔之間的距離由公式2βd=(2η+1)π確定，其中β表示諧振波長對應(yīng)的波矢，d表示兩微腔之間的距離。如果在單下載通道的基礎(chǔ)上通過注入微流體改變諧振腔的諧振頻率，就會(huì)導(dǎo)致下路波導(dǎo)透射譜中諧振峰值的偏移。所以當(dāng)在光子晶體波導(dǎo)附近引入多對不同微流體注入的諧振腔之后，并且使得所有的諧振頻率都位于1550nm窗口所覆蓋的頻率范圍之內(nèi)，即可以實(shí)現(xiàn)一種采用注入技術(shù)并帶有反射微腔的多通道光子晶體解復(fù)用器。以下各圖所取的光子晶體波分解復(fù)用器結(jié)構(gòu)參數(shù)均與具體實(shí)施方式中相同。圖1是一種采用注入技術(shù)并帶有反射微腔的光子晶體解復(fù)用器模型示意圖，其中包含了Wi光子晶體波導(dǎo)和三對下載微腔和耦合微腔。著色區(qū)域?yàn)樽⑷胛⒘黧w的空氣孔，沿Wl波導(dǎo)方向藍(lán)色區(qū)域注入折射率1.33的微流體，黑色區(qū)域注入折射率1.66的微流體。光子晶體為二維三角晶格介質(zhì)背景空氣孔結(jié)構(gòu)，晶格常數(shù)a=458nm，普通空氣孔半徑r=0.4a,介質(zhì)硅的折射率nsi=3.48。圖2基本的三角晶格介質(zhì)背景空氣孔的Wl型波導(dǎo)。圖3基本的三角晶格介質(zhì)背景空氣孔的Wl型波導(dǎo)的能帶曲線。其中紅色虛線表示縱坐標(biāo)為歸一化頻率0.四55，也就是1550nm，該頻率是諧振腔的諧振頻率。圖4在基本的三角晶格介質(zhì)背景空氣孔的Wl型波導(dǎo)中引入一對下載微腔和反射微腔的結(jié)構(gòu)圖。圖5是光源中心頻率取0.2955時(shí)的單通道光子晶體解復(fù)用器場圖。圖6是下載微腔和反射微腔的結(jié)構(gòu)圖。下載諧振腔是Wl波導(dǎo)的第二排去掉了一個(gè)空氣孔，由該空氣孔相鄰的六個(gè)空氣孔組成，其中靠近Wl波導(dǎo)和下路波導(dǎo)的空氣孔半徑為0.23a，其余空氣孔半徑仍為0.如。反射微腔無需連接下載波導(dǎo)，因而只有靠近主波導(dǎo)的一側(cè)半徑改為0.23a，其余不變。圖7是光源中心頻率取歸一化頻率0.293時(shí)的多通道光子晶體解復(fù)用器場圖。圖8是多通道解復(fù)用器不同端口的透射譜，綠色曲線是PortC的透射譜，紅色是PortD，藍(lán)色是PortE，分別表示無注入、注入折射率1.33微流體和注入折射率1.66微流體的下路波導(dǎo)輸出頻域情況。具體實(shí)施例方式采用注入技術(shù)帶有反射微腔的光子晶體解復(fù)用器的結(jié)構(gòu)如圖1所示，其中包含了Wi光子晶體波導(dǎo)和三對下載微腔和耦合微腔。下載諧振腔是Wi波導(dǎo)的第二排去掉了一個(gè)空氣孔，由該空氣孔相鄰的六個(gè)空氣孔組成，其中靠近Wl波導(dǎo)和下路波導(dǎo)的空氣孔半徑為0.23a,其余空氣孔半徑仍為0.如。晶格常數(shù)a=445nm,普通空氣孔半徑r=182nm,介質(zhì)硅的折射率nsi=3.48。由于空氣孔的折射率不同會(huì)影響諧振頻率的變化，因此可以通過合理的設(shè)計(jì)注入微流體的折射率來構(gòu)成光子晶體多通道解復(fù)用器的基本結(jié)構(gòu)。首先，通過主波導(dǎo)的能帶圖確定耦合腔之間的距離。如圖2所示，利用平面波展開法(PWE)，對此結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)值仿真，計(jì)算屬于不同波矢的頻率的本征值，得到歸一化波矢-歸一化頻率的能帶曲線，如圖3所示，由圖中可以看到，在光子禁帶中會(huì)形成兩條導(dǎo)模，其中一條為偶模，一條為奇模，分別對應(yīng)電場分布相對于波導(dǎo)中心有偶對稱性和奇對稱性的模式，因?yàn)閷?shí)際制作中都要在光子晶體兩側(cè)面引入脊波導(dǎo)用來導(dǎo)入和導(dǎo)出光波，而禁帶中的偶模和脊波導(dǎo)中的模式有更多重疊的地方，也即偶模更容易在光子晶體波導(dǎo)中傳播，所以只考慮偶模的能帶曲線。從圖中還可以看到波導(dǎo)的偶模和紅色虛線相交于點(diǎn)(0.071,0.2955)，也就是指諧振腔的中心頻率0.2955對應(yīng)的波矢是0.071(2π/a)，a表示晶格常數(shù)。根據(jù)公式2βd=(2η+1)π(β表示傳播常數(shù)，也就是波矢；d表示兩微腔之間的距離)計(jì)算可得，當(dāng)d=0.071a是，光波在兩微腔之間的相位差是3π，此時(shí)兩微腔符合完全耦合條件，反射微腔會(huì)將諧振頻率光波完全耦合進(jìn)入下載微腔?？紤]到諧振腔會(huì)對Wi波導(dǎo)的缺陷導(dǎo)模產(chǎn)生影響，通過仿真最優(yōu)化本發(fā)明將微腔間距確定為11a。單通道解復(fù)用器的結(jié)構(gòu)圖如圖4所示，歸一化頻率0.2955的光會(huì)完全耦合進(jìn)入下路波導(dǎo)。當(dāng)輸入光源是中心頻率Qci=0.2955(2πc/a)的高斯光源時(shí)，穩(wěn)態(tài)狀態(tài)下電場的空間分布圖如圖5所示。從圖5可以看出在x-y水平平面內(nèi)，電場被很好的局域在光子晶體波導(dǎo)區(qū)域內(nèi)。反射微腔之后的Wl波導(dǎo)內(nèi)不再有光場出現(xiàn)，是因?yàn)楣鈴?qiáng)在下載微腔和反射微腔之間形成耦合，最終從下路波導(dǎo)輸出。然后，通過調(diào)整下載微腔和反射微腔結(jié)構(gòu)使微腔的中心波長對應(yīng)1550nm，也即歸一化頻率0.2955.光子晶體諧振腔的結(jié)構(gòu)如圖6所示，下載微腔是通過改變靠近主波導(dǎo)的三排空氣孔中部分空氣半徑得到的。其中第一排空氣孔半徑為0.23a，也即104nm，這樣光波能夠更容易耦合進(jìn)入下載微腔；為了能夠?qū)⒐庖胂侣凡▽?dǎo)，第三排空氣孔的半徑也為0.23a。第二排去掉中心空氣孔形成局域區(qū)，其余空氣孔半徑不變。然而僅有下載微腔并不能將諧振頻率光波彎曲下載到下路波導(dǎo)中，由于光在Wl波導(dǎo)中傳輸速度不夠慢，會(huì)有一部分諧振頻率光波繼續(xù)在主波導(dǎo)中傳播，此時(shí)下載微腔的下載效率僅有40%。這時(shí)需要引入反射微腔。根據(jù)耦合模理論，當(dāng)兩個(gè)諧振頻率相同的微腔之間相位差達(dá)到η的奇數(shù)倍時(shí)，兩個(gè)微腔會(huì)發(fā)生完全耦合，光能量會(huì)在兩個(gè)微腔之間來回轉(zhuǎn)換，由于反射微腔不存在下路波導(dǎo)，因而光波將完全從下載微腔對應(yīng)的下路波導(dǎo)輸出，理論上單通道解復(fù)用器的下載效率為100%。最后，引入微流體技術(shù)實(shí)現(xiàn)多通道的高效解復(fù)用器。利用微流體注入技術(shù)可以在介質(zhì)背景空氣孔結(jié)構(gòu)的光子晶體的空氣孔中注入不同折射率的微流體，如圖1所示，圖中選取沿Wl波導(dǎo)方向的第二和第三對諧振腔空氣孔注入微流體，注入液體的折射率1.33和1.66。通過在空氣孔中引入微流體，波導(dǎo)的偶模會(huì)發(fā)生整體向低頻處的移動(dòng)；同時(shí)，當(dāng)注入不同折射率時(shí)，導(dǎo)模的頻移是不同的，注入微流體的折射率越高，向低頻處的頻移越大，也就是說，越高的注入折射率，諧振中心頻率對應(yīng)的頻率越低。利用以上的光子晶體的光學(xué)特性，可以制作多通道解復(fù)用器。本發(fā)明在第二和三通道的微腔內(nèi)分別注入折射率為1.33和1.66的微流體，微流體改變了微腔諧振頻率，使得解復(fù)用器在每個(gè)下載波導(dǎo)處都會(huì)下載一路不同的光波，形成三通道的解復(fù)用器，并且3個(gè)通道的光波的頻率依次降低，波長依次增加。利用時(shí)域有限差分法(FDTD)進(jìn)行數(shù)值仿真，可以得到3個(gè)通道的場圖和透射譜。圖7顯示了其中一條通道的場圖，歸一化頻率為0.293的入射光將引起第二組諧振腔的共振，從而從PortD輸出。圖8顯示了三條通道的透射率，不同折射率的光流體注入會(huì)使透射峰發(fā)生偏移，三條曲線從右到左分別表示PortC、PortD和PortE的透射峰。仿真中光源設(shè)置為高斯脈沖，光源的線寬覆蓋所關(guān)心的每個(gè)波導(dǎo)的諧振頻率。從圖中可以看出透射峰的中心頻率隨注入光流體折射率的升高而依次降低，與之前的分析一致。綜上所述，本發(fā)明基于二維光子晶體并通過引入微流體注入和反射微腔共振來設(shè)計(jì)高下載率且制作簡單的解復(fù)用器。三個(gè)通道的透射率均在95%以上，且不同通道無需改變微腔的結(jié)構(gòu)，在光子集成和WDM中可以獲得良好的應(yīng)用。權(quán)利要求1.一種采用注入技術(shù)并帶有反射微腔的高下載率光子晶體解復(fù)用器的實(shí)現(xiàn)方法，其中該解復(fù)用器通過向介質(zhì)背景空氣孔光子晶體中增加反射微腔提高下載效率；同時(shí)利用微流體注入技術(shù)在諧振腔空氣孔中注入不同折射率的液體，從而實(shí)現(xiàn)多路解復(fù)用功能。2.如權(quán)利要求1所述的一種采用注入技術(shù)并帶有反射微腔的高下載率光子晶體解復(fù)用器的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于諧振腔的具體設(shè)計(jì)下載微腔靠近線缺陷和下路波導(dǎo)的空氣孔半徑減小為0.23a(a為晶格常數(shù))。反射微腔的結(jié)構(gòu)和下載微腔大致相同，但由于沒有下路波導(dǎo)，反射微腔只需減小靠近線缺陷一側(cè)的空氣孔半徑，其余空氣孔半徑仍為0.如。3.如權(quán)利要求1或2所述的一種采用注入技術(shù)并帶有反射微腔的高下載率光子晶體解復(fù)用器的實(shí)現(xiàn)方法，其特征是下載微腔和反射微腔之間的距離由耦合模理論確定，本發(fā)明中兩微腔間距為11a。4.如權(quán)利要求1所述的一種采用注入技術(shù)并帶有反射微腔的高下載率光子晶體解復(fù)用器的實(shí)現(xiàn)方法，其特征是以三角晶格光子晶體Wl型波導(dǎo)為基礎(chǔ)，多通道解復(fù)用器由三組諧振腔級聯(lián)而成，在沿Wl主波導(dǎo)方向的第二和第三組諧振腔中注入不同折射率的微流體，在三個(gè)下載微腔的下方設(shè)有下路波導(dǎo)。5.如權(quán)利要求1所述的一種采用注入技術(shù)并帶有反射微腔的高下載率光子晶體解復(fù)用器的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于背景介質(zhì)為硅，即折射率為3.48，空氣孔部分折射率為1，在第二組和第三組諧振腔中注入的是折射率1.33和1.66的微流體。6.如權(quán)利要求1或4所述的一種采用注入技術(shù)并帶有反射微腔的高下載率光子晶體解復(fù)用器的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于當(dāng)在光子晶體波導(dǎo)下載微腔和反射微腔中注入不同折射率的液體時(shí)，在禁帶中的導(dǎo)模將發(fā)生移動(dòng)，具體表現(xiàn)為當(dāng)改變靠近下載微腔和耦合微腔空氣孔的折射率時(shí)，諧振腔的諧振中心頻率將會(huì)發(fā)生偏移，引起下載波導(dǎo)輸出端透射峰的變化。微流體折射率越高，諧振中心頻率越低。7.如權(quán)利要求1或5所述的一種采用注入技術(shù)并帶有反射微腔的高下載率光子晶體解復(fù)用器的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，引入微流體注入技術(shù)可以較為方便的改變諧振腔的諧振頻率，降低了加工精度。全文摘要本發(fā)明涉及一種采用注入技術(shù)并帶有反射微腔的高下載率光子晶體解復(fù)用器的實(shí)現(xiàn)方法。本發(fā)明設(shè)計(jì)了將反射微腔和微流體注入技術(shù)引入二維光子晶體解復(fù)用器的器件結(jié)構(gòu)，通過沿主波導(dǎo)方向在下載微腔后方特定位置增加反射微腔來獲得較高的下載效率；通過在解復(fù)用器不同位置諧振腔空氣孔中注入不同折射率的微流體，從而改變光子晶體的導(dǎo)模，導(dǎo)致透射峰的偏移，實(shí)現(xiàn)多路波長解復(fù)用。本發(fā)明采用三角晶格的介質(zhì)背景空氣孔結(jié)構(gòu)的光子晶體，更加貼近目前廣泛應(yīng)用的基于SOI(Silicon-On-Insulator)的光子晶體制造技術(shù)，有很好的可實(shí)現(xiàn)性。本發(fā)明三個(gè)通道的透射率均在95％以上，在光子集成和WDM中可以獲得良好的應(yīng)用。文檔編號(hào)G02B6/293GK102269844SQ20111020032公開日2011年12月7日申請日期2011年7月18日優(yōu)先權(quán)日2011年7月18日發(fā)明者田慧平,申冠生,紀(jì)越峰申請人:北京郵電大學(xué)