[发明专利]一种基于Y型结构和弯曲波导集成的光子晶体合波器

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于二维光子晶体Y型结构和60°弯曲波导的高效合波器的实现方法，属合波器领域。

背景技术

自从1987年光子晶体的概念首次被提出以来[文献1.E.Yablonovitch，“Inhibited SpontaneousEmission in Solid-State Physics and Electronics，”Physical Review Letters 582059-2062，1987、文献2.JOHN S，“Srtong localization of photons in certain disordereddielectricsuperlattices，”[J].Phys Rev L ett，58，24862-2489，1987.]，由于光子禁带的许多优良的性能，光子晶体在光处理方面的性能引起了许多研究小组的兴趣。光子晶体在光控制方面优良的特性使其在制作超级密集紧凑的光子器件方面有着广泛的应用前景。而光子晶体波导以其尺寸小、损耗低等优点成为光集成电路中的关键器件的基础，而2×1合波器则是集成器件中的基础器件[文献3.F.-M.Kuo，Nan-WeiChen，Hsuan-Ju Tsai，J.-W.Shi，and J.E.Bowers，“High-Power Photonic Transmitter-Mixers withIntegrated Wilkinson Power Combiner for Wireless Communication with High Data Rate(15Gbps)atW-band，”in Optical Fiber Communication Conference(OFC)，Los Angeles，California，2012、文献4.A.Hashim，N.Bamiedakis，R.V.Penty，and I.H.White，“Multimode 90°-Crossings，Combiners andSplitters for a Polymer-Based On-Board Optical Bus，”in CLEO：Science and Innovations(CLEO：S and I)，San Jose，California，2012、文献5.Yariv Shamir，YoavSintov，and Mark Shtaif，“Large-mode-areafused-fiber combiners，with nearly lowest-mode brightness conservation，”Opt.Lett.36，2874-2876，2011.]。在传统的基于波导的电路中，往往采用将设计性能良好的分束器直接倒置后作为合波器使用[文献6.Dingli Wang，Wen Liu，Qingming Xiao，and Jing Shi，“Embedded metal-wire nanogratingand its application in an optical polarization beam splitter/combiner，”APPLIED OPTICS，47，312-316，2008、文献7.Matthew Wescott，Guangzhou Chen，Yanyun Zhang，Brian G.Bagley，and Robert T.Deck，“All-optical combiner-splitter and gating devices based onstraight waveguides”APPLIED OPTICS，46，3177-3184，2007、文献8.N.Bamiedakis，J.Y.Ha，F.Yang，A.Wonfor，R.V.Penty，and I.H.White，“Multimode SCM-based PON Architecture for Computer Network Applications Using a Low-CostPolymer 1x8 Splitter/Combiner，”in QELS，2007.]。在基于波导的电路中，两个输出端相互独立并且反射的损耗小，而在基于光子晶体的电路中，尽管已经研究了各种各样的高性能的1×2分束器[文献9.L.H.Frandsen，P.I.Borel，Y.X.Zhuang，A.Harpoth，M.Thorhauge，and M.Kristensen，“Ultralow-loss 3-dB photonic crystal waveguide splitter，”Opt.Lett.，29，1623-1625，2004、文献10.A.and M.Kristensen，“Broadband topology-optimized photoniccrystalcomponents for both TE and TM polarizations，”Opt.Express，13，8606-8611，2005.]，但是由于两个端口的不独立性和较强损耗，采用传统方法得到的合波效果并不理想[文献11.Alejandro Martinez，Pablosanchi，Javier Marti，“Mach-Zehnder interferometers in photoniccrystals，”Optical and Quantum Electronics 37，77-93，2005.]。目前国内外研究较少涉及光子晶体合波器，即使少数研究通过精细调整实现高性能合波，但设计过于复杂[文献12.Sangin Kim，Ikmo Park and Hanjo Lim，”Proposal for ideal 3-dB splitters-combiners inphotonic crystals”，Opt.Lett.，30，，257-259，2005.]。