[发明专利]基于光子晶体动态微腔的可控光存储装置和方法

说明书

本发明公开了一种基于光子晶体动态微腔的光存储装置和方法，当脉冲信号光沿着光子晶体波导传输经过预定捕获区域时，对捕获区域两端的折射率动态调制区同时进行光泵浦，使这两端的调制区域的折射率瞬间减小，形成两个光势垒，将脉冲信号光捕获在两个光势垒之间的光子晶体动态微腔中，实现光存储。而当存储一定时间需要在某一时刻释放脉冲信号光时，对捕获区域两端的折射率动态调制区的其中任意一个瞬间停止光泵浦，使该处的光势垒消失并形成释放通道，从而使得存储的脉冲信号光从该通道快速释放。本发明还公开了基于光子晶体动态微腔的光存储装置。本发明可以对沿着光子晶体波导自由传输的脉冲信号光进行主动捕获，并能沿着给定的方向释放。

技术领域

本发明属于光子晶体的技术领域，具体涉及一种基于光子晶体动态微腔的可控光存储装置和方法。

背景技术

光的可控存储与释放是全光信息处理中的一个重要而基本的问题，在全光通信、量子计算、光路集成等领域具有极为广泛的应用前景。

为了实现光存储，其关键是要在光传输介质中将光速减慢甚至停止下来。近年来，随着微纳光子技术的发展，人们陆续在非线性光纤和光子晶体波导中实现了光速可控的慢光。前者主要是借助拉曼散射和布里渊散射在光纤非线性增益处产生强烈的色散来实现的；后者则是利用了人工周期结构介质波导的带隙边缘色散效应。从本质上讲，上述的这些方法都是通过特定物理机制在波导中产生强烈色散来调控光速，但这样容易造成光信号传输的变形和失真，而且延迟时间通常受到传输介质长度的制约。相比之下，高Q值微腔无需借助波导色散便能将光长时间地局域在微纳尺寸的狭小空间内，因而在芯片级光存储方面具有天然的优势。然而，高Q值微腔面临着一个基本的困难：一方面，微腔的Q值越高，则光子在微腔中的存储寿命越长；但另一方面，由于高Q值微腔对应的腔模线宽很窄，因此允许耦合入微腔的脉冲信号光的带宽也必然很窄，并导致信号光进入和离开高Q值微腔的速度极慢(与Q值成反比)，这显然对高速、宽带光信号处理的要求是不利的。

解决上述问题的关键，便是动态调Q：首先，将微腔调至较低Q值状态，以便让具有较大带宽的脉冲信号光从波导快速耦合进微腔，此时微腔处于“开态”；接着，待脉冲信号光完全进入微腔后，迅速将微腔调至超高Q值，让“俘获”的信号光很难从微腔溢出，此时微腔处于“闭态”，使光能较长时间地局域在腔内，从而获得较长时间的光存储；当需要释放时，再次将微腔调至低Q状态，存储的信号光便能迅速从微腔耦合入出射波导。然而，对微腔实现大幅度的动态调Q具有相当的难度，目前的实现途径很少，主要是通过在光子晶体波导一侧引入反射镜、并借助精确的超快相位调制控制入射光与反射光干涉相消或相长、使微腔在“闭态”和“开态”之间切换，或者是通过对多个耦合微腔的谐振波长同时进行绝热波长转换产生类似电磁感应透明效应来实现的。这些动态调Q的方式，不论是基于相位调制的干涉效应，还是基于多微腔谐振频率调制的类电磁感应透明效应，所涉及的技术都十分复杂，对实验条件要求很苛刻，其应用也因此受到局限。因此，探讨一种更为简单有效的方法实现可控光存储是十分重要和关键的。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的在于提供一种基于光子晶体动态微腔的可控光存储装置，结构简单，易于实现和集成。

本发明的另一目的在于提供一种基于光子晶体动态微腔的可控光存储方法，能够对在光子晶体波导中自由传输的信号光进行瞬间捕获和高效存储，并在任意所需的时候快速释放。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明一方面提供了一种基于光子晶体动态微腔的可控光存储装置，包括波长可调谐脉冲激光器、功率可调脉冲激光器、可变光衰减器、光纤耦合器、偏振控制器、第一透镜光纤、第二透镜光纤、第一光开关、第二光开关、第一微透镜、第二微透镜以及光子晶体波导结构；所述光子晶体波导结构包括光子晶体波导、以及在光子晶体波导上划定的第一折射率动态调制区域、第二折射率动态调制区域和脉冲信号光捕获区，所述光子晶体波导由光子晶体中央沿x方向移去1整行空气孔而形成；所述第一折射率动态调制区域、第二折射率动态调制区域和脉冲信号光捕获区构成光子晶体动态微腔；