[发明专利]一种光子晶体慢光波导装置及慢光效应获取方法

说明书

本发明公开了一种光子晶体慢光波导装置及慢光效应获取方法，该波导装置包括圆形空气孔、线缺陷、圆形空气孔的三角晶格结构、在线缺陷两侧第一排孔内填充的光流体、在线缺陷两侧第二排孔内填充的光流体；慢光效应获取方法为：在相同频段，设计基本的光子晶体慢光波导结构，通过选择第二排孔填充物折射率为1.35～2.2的n₂，同时保持宽带、低色散特性，获得连续变化的群折射率慢光分布；选择圆形空气孔三角晶格结构不同的晶格常数a，获得不同频段的宽带低色散慢光传输。本发明得到群折射率从16.13到55.64的连续变化的理想宽带、低色散慢光传输。

技术领域

本发明属于光学技术领域，尤其涉及一种光子晶体慢光波导装置及慢光效应获取方法。

背景技术

慢光效应是电磁波具有比光速低很多的群速度，可以广泛应用于光学延时线、全光缓存器以及加强光与物质相互作用等领域。基于光子晶体的慢光结构，由于其结构微小紧凑、便于集成，传输损耗小，以及室温运行等特点，在全光通信系统和全光信息处理的应用中具有无可比拟的优势；目前，光子晶体慢光波导主要有线缺陷波导和点缺陷耦合腔波导两种形式，其中，耦合腔波导的光波群速度会更小，但是慢光带宽也非常小，这会限制所能承载的信息容量；另外，两种波导形式所承载的慢光都有一个共同的问题：较大的群速度色散，这会引起信号波形失真，影响信息传输的质量，并且点缺陷耦合腔光波导群速度色散更大。要实现信号的保真传输，必须有效地减小色散，而很多研究者倾向于使用线缺陷波导，并提出很多获得带宽较宽、低色散慢光的方法，如可以通过增加或减少线缺陷的宽度或在线缺陷附近添加平行缝隙，调整空气孔的半径，引入啁啾波导或异质结构，将靠近线缺陷的两排空气孔沿波导方向平移、并改变其间距的大小，将波导缺陷注入微流体等等。但是，上述主要集中在结构的调整和设计，一旦结构设计完成传输特性便固定不可变；另外，复杂的局部结构设计容易造成制备中的困难和误差。最近，材料调制方法被引入到光子晶体线缺陷慢光波导，这种方法是在线缺陷波导制作完成之后，在光子晶体的空气孔中渗透微光流体、液晶或者填充柔性材料，如有机聚合物等。在光子晶体制备完成后填充后期材料可以改变波导的有效折射率分布，这种方法的作用，第一，可以达到与局部结构变化相似的功能，改变波导慢光的传输特性；第二，可以修正波导在制备中产生的误差；第三，填充物可以方便的去除和根据需要进行重新填充，可以实现多次重构。

目前，将两种方法结合在一起的慢光特性研究尚未发现，单独进行结构设计和调整对于确定结构，仅能在特定的群折射率点获得宽带低色散慢光传输；而固定结构下材料的填充，是在特定材料填充时获得最优的宽带低色散慢光传输，当填充材料改变时，支持的宽带慢光群速度随之变化，但是带宽和色散特性(由综合参数延迟带宽积描述)却随之劣化。

现有的技术已证明慢光效应可以用于光延迟、全光缓存、光存储和光与材料相互作用等方面，光子晶体结构具有体积很小、易于集成，所支持慢光可以室温运行，便于与光纤系统耦合匹配，可以通过结构和材料设计控制慢光效果等。这样，光子晶体慢光结构的实现，会带动全光缓存、全光信息处理、全光通信网络应用的突破，将会对全光信息发展产生深远的影响。

综上所述，现有基于光子晶体的慢光结构中慢光带宽太窄，群速度色散太大，在慢光波导制备完成之后所支持的最优宽带慢光群折射率位置固定不变。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光子晶体慢光波导装置及慢光效应获取方法，旨在解决现有基于光子晶体的慢光结构中慢光带宽太窄，群速度色散太大，在慢光波导制备完成之后所支持的最优宽带慢光群折射率位置固定不变的问题。

本发明是这样实现的，一种光子晶体慢光波导装置，包括：

在方形结构的二维硅片的表面上沿硅片长边的方向顺序排列刻蚀以二维硅片中心线为对称轴的8排圆形空气孔；

在二维硅片的对称轴上不予刻蚀一排圆形空气孔的线缺陷；

孔间距为三角晶格常数a，圆孔半径R＝0.328a的圆形空气孔三角晶格结构；