[发明专利]一种基于Cantor光子晶体和石墨烯复合结构的光子滤波器

说明书

本发明提供了一种基于Cantor光子晶体和石墨烯复合结构的光子滤波器，属于光学技术领域。包括若干第一电介质层和若干第二电介质层，记第一电介质层为A、第二电介质层为B，所述Cantor光子晶体的序列序号为N＝2，第一电介质层、第二电介质层的排列规则为：ABABBBABA；第一电介质层和第二电介质层为两种折射率不同的均匀电介质；第一电介质层和第二电介质层的厚度分别为各自折射率对应的1/4光学波长；各邻层之间均嵌入有一个石墨烯单层G。整个复合结构可表示为AGBGAGBGBGBGAGBGA。本发明用于可调双通道光子滤波器。

技术领域

本发明属于光学技术领域，涉及一种基于Cantor光子晶体和 石墨烯复合结构的光子滤波器。

背景技术

滤波器分为带通、带阻、低通和高通四种类型。但是在多信 道通信中，需要对多个分离的单一频率进行滤波，这就要用到多 通道滤波器。在光纤通信系统中，可以通过波分复用技术来提高 信道的容量，该技术中的关键部件便是光波分复用器。传统的光 波分复用器是通过光纤光栅的来实现对信道的滤波和分离。人造 光子晶体的发展，为波分复用技术中的多通道滤波器提供了新的 研究方向。

将两种折射率不同的电介质在空间中进行周期性排列，就可 以形成一维、二维或三维光子晶体。光子的晶体具有光子能带结 构，可以实现对光波的全透射和全反射。如果在光子晶体中插入 缺陷，则在光子能带中就会出现单一的缺陷模。一般地，当入射 光波长等于缺陷模波长时，便会形成共振输出，即透射率极大， 而反射极小。因此该类结构可被用于单信道光子滤波器。

研究表明，非周期光子晶体也具有能带结构，只是非周期光 子晶体的有序性没有周期性光子晶体的好。但重要的是，非周期 光子晶体中天然地存在多个缺陷层，这使得非周期光子晶体中有 多个共振的缺陷模。而准周期光子晶体的有序性位于周期性光子 晶体和非周期光子晶体之间。在准光子晶体中，既可以得到多个 较强的共振缺陷模，而模的数量又可以通过增加序列的序列号来 扩展。因此，准周期光子晶体是一种可被用于多通道光子滤波器 的理想结构。

然而光子晶体一旦形成，则缺陷模的位置就被固定下来，很 难对缺陷模的中心频率进行调控。

石墨烯是一种超薄的二维材料，其表面电导率可以通过石墨 烯的化学势灵活调控。当把石墨烯等效成一定厚度的电介质时， 其等效折射率就是石墨烯化学势的函数。因此，可以通过石墨烯 的化学势来灵活调控电介质的等效折射率。如果将石墨烯嵌入到 光子晶体中，则石墨烯的存在会影响到整体结构的透射率。石墨 烯的表面电导率是化学势函数，进而可以通过石墨烯的化学势来 调控结构的透射谱，从实现调控透射模的中心频率的目的。

在数学上，Cantor序列是一种准周期序列，其对应的Cantor 光子晶体为准周期光子晶体。因此，在Cantor光子晶体中，存在 一系列的透射模。这些透射模是由光波在缺陷层中满足不同的共 振条件而形成的。随着Cantor序列序号的增加，缺陷模的数量呈 几何级数增加，并且，这些缺陷模具有自相似特性，故也将这种 现象叫光学分形效应，所对应的共振模叫光学分形态。可以将这 些光学分形态应用于多通道光滤波。再将石墨烯插入到Cantor光 子晶体中，形成复合结构，则可以通过石墨烯的化学势来灵活调 控滤波通道的中心频率和透射率。

发明内容

本发明的目的是针对现有的技术存在的上述问题，提供一种 基于Cantor光子晶体和石墨烯复合结构的光子滤波器，本发明所 要解决的技术问题是Cantor光子晶体能够应用于可调双通道光子 滤波器。