[发明专利]基于光子晶体交叉分光波导的超短单脉冲光发生器

说明书

技术领域

本发明属于光子晶体集成器件领域，涉及二维光子晶体、光子晶体线缺陷分光波导、光子晶体点缺陷、光波相位差，尤其涉及一种基于光子晶体交叉分光波导的超短单脉冲光发生器。

背景技术

1987年，美国Bell实验室的Yablonovitch和Princeton大学的John分别在研究如何抑制自发辐射和无序电介质材料中的光子局域时，各自独立地提出了光子晶体的概念：由不同介电常数的材料间隔周期排列而成的微结构，其晶格常数与工作光波的波长为同一数量级。

自光子晶体面世以来，对其的研究取得了很大的进展，光子晶体可以应用于制造高性能的反射镜、光子晶体光波导、发光二极管、波长滤波器、微谐振腔、光开光等各种光子晶体器件。

近年来，光学逻辑器件的研究工作成为一个研究热点，一些基本的光学逻辑门已经成功地被发明和实现，进一步大规模逻辑功能的实现则需要用到脉冲发生器作为控制信号，本发明是一种对比度很高的全光单脉冲发生器。

传统的光学单脉冲都是通过脉冲光源获得，例如调Q和锁模激光器，通过这种方法获得光学单脉冲需要使用体积较大的装置，而且耗能大，关键是这种类型的光学单脉冲发生器不利于集成，无法应用到集成光学逻辑器件中，本发明的光学单脉冲发生器是利用光子晶体中的光路实现的，全部采用线性材料，具有体积小、低耗能等优点，也易于实现集成。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种结构体积小、低耗能、易于集成的光学单脉冲发生器。解决本发明技术问题的技术方案是：提供了一种基于光子晶体交叉分光波导的超短单脉冲光发生器，包含在二维光子晶体中的一个多分支交叉波导，该交叉波导为十字交叉波或X交叉波导；所述十字交叉波导与信号光输入波导、参考光输入波导垂直交叉，在所述交叉波导的交叉处设置有介质杆构成波导点缺陷，形成交叉分光结构；其一个分支波导分别与信号光、参考光相连接，另一个分支波导输出单脉冲光。

所述二维光子晶体由硅或其它高折射率介质杆在空气或其它低折射率背景介质材料中呈二维周期性排列构成，该光子晶体的光子禁带覆盖了工作波长的取值，优选地，低折射率介质材料为空气，高折射率介质取为硅，周期结构光子晶体的晶格常数取为aμm，介质杆的半径取为0.18aμm，工作波长取为2.9762aμm。

所述信号光输入波导、参考光输入波导和输出波导为光子晶体线缺陷波导，波导中传输的光波的波长位于波导两侧的光子晶体的光子禁带波长范围内。

所述信号光输入波导、参考光输入波导或输出波导的长度不小于3个晶格周期或晶格常数，信号光输入波导、参考光输入波导的长度不同。

所述信号光在输入波导中的传输光程与参考光在参考光输入波导中的传输光程的光程差约为波长的整数倍，即光程相位差约为2π的整数倍，信号光与参考光初位相相同；所述的传输光程差包含信号光与参考光的初位相差折合的等效光程差，该等效光程差约为波长的整数倍，即等效光程相位差约为2π的整数倍，信号光与参考光初位相不同。

所述信号光输入波导、参考光输入波导的光程差的最优值，可以获得较好的单脉冲，相应的高低逻辑幅度比达到最大，脉冲宽度达到最小。

所述交叉波导交叉处的波导缺陷介质杆为线性介质杆，优选地，所述波导缺陷介质杆与构成光子晶体的介质杆的材料为同一种材料，其半径取为0.292aμm。

所述交叉波导产生的单脉冲的脉宽为该结构中的信号光输入波导、参考光输入波导的相位差除以工作波长圆频率，即为2mπ/ω，其中m为自然正整数，ω为工作波长圆频率。

所述的X交叉波导与两波导成非90度的角度交叉，优选地，非90度交叉包括30度、45度、60度交叉。

所述的分支波导为直波导或弯曲波导。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

本发明提供的光学单脉冲发生器具有结构体积小、低耗能、易于实现大规模逻辑光路集成。

附图说明

基于光子晶体交叉分光波导的超短单脉冲光发生器的典型结构如图1所示，它由两个具有光程差的“十”字波导结构和点缺陷介质杆组成，端口1为输入端，端口2为输入端，端口3为闲置端，端口4为输出端。

图1是实施例1的基于光子晶体交叉分光波导的超短单脉冲光发生器的典型结构示意图，其中空白部分为空气，红色实心圆点为介质杆，线形空白缺陷为光波导，“十”字交叉处的红色圆点为点缺陷介质杆，端口1为输入端，端口2为输入端，端口3为闲置端，端口4为输出端。