[发明专利]实现相干完美吸收激光点的PT对称康托尔光子晶体结构

说明书

本发明提供了一种实现相干完美吸收激光点的PT对称康托尔光子晶体结构，属于激光器技术领域。包括两个康托尔光子晶体，康托尔光子晶体表示为：HLH(3L)HLH(9L)HLH(3L)HLH，其中字母H、L分别表示两种折射率高、低不同的第一电介质层和第二电介质层，两个康托尔光子晶体形成关于中心原点对称分布结构，通过调制第一电介质层和第二电介质层的折射率，使光子晶体结构满足PT对称分布；整个结构可以表示成：HLH(3L)HLH(9L)HLH(3L)HLHH'L'H'(3L')H'L'H'(9L')H'L'H'(3L')H'L'H'。本发明具有能够得到反射率和透射率都为极大值的多重相干完美吸收激光点等优点。

技术领域

本发明属于激光器技术领域，涉及一种实现相干完美吸收激光点的PT对称康托尔光子晶体结构。

背景技术

激光器在各技术领域有着广泛地应用，例如，在全光通信中，发射端的光源多采用的是半导体激光器；在光纤通信的链路中，对信号的中继，需要用到光纤放大器；在医学领域，需要用到特定波长的光纤激光器。

激光器的核心部件是光放大器，常见的光放大器有半导体光放大器和掺杂光纤光放大器。掺杂离子的半导体或光纤在泵浦源的作用下，将基态上的电子抽运到激发态上，从而实现离子数反转。实现离子数反转的介质叫激活介质。激活介质受激发射，从而实现对信号的放大。在半导体光放大器的端面上涂覆反射层，一端涂全反射膜，另一端涂半反射膜。当光强达到一定强度时，受激发射出激光。泵浦源为半导体和掺杂光纤提供增益所需的能量。

传统观点认为增益有用，而损耗不仅没用，且还有害，故在光学系统中应该尽量降低损耗。然而近期研究表明，电介质中的损耗可以引发很多奇异的光学效应，如光学定向隐身、相位突变和电场局域性等。

在光子晶体中，当电介质中存在增益和损耗(或只有增益，或只有损耗)时，系统就和外界存在能量交换，则系统是非厄米的。此时电介质的折射率可以写成n＝n_r+in_i，其中n_r为折射率的实部，n_i为折射率的虚部，字母i表示虚数单位。调制折射率的实部和虚部，使得其在空间上满足条件：n(z)＝n*(–z)，其中 z为位置坐标，则说该结构满足PT(Parity-time：宇称-时间)对称。研究表明，在满足PT对称的光子晶体中，可以得到相干完美吸收激光点(Coherent-perfect-absorption-laser point：CPA-LP)，该点为反射率和透射率的极大值点，该特性可被应用于光放大器和激光器。

激光器是利用谐振腔的共振来受激发射，相对于周期性光子晶体，准周期光子晶体(也叫准光子晶体)中存在更多的缺陷腔和透射模，而且其缺陷腔对电场的局域性更强，即共振性更强。因此，可以考虑将PT对称性和准光子晶体结合起来，实现光放大能力更强的激光器，或缩减激光器的结构尺寸。另外，还可以通过改变PT对称准光子晶体中的增益-损耗系数和光的入射角度，来灵活地调控相干完美吸收激光点的波长。

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，提供一种实现相干完美吸收激光点的PT对称康托尔光子晶体结构，本发明所要解决的技术问题是如何得到反射率和透射率都为极大值的多重相干完美吸收激光点。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种实现相干完美吸收激光点的PT(Parity-time：宇称-时间)对称康托尔(Cantor) 光子晶体结构，其特征在于，包括两个康托尔光子晶体，所述康托尔光子晶体表示为：HLH(3L)HLH(9L)HLH(3L)HLH，其中字母 H、L分别表示两种折射率高、低不同的第一电介质层和第二电介质层，3L表示三个第一电介质层堆叠的三层结构，两个康托尔光子晶体形成关于中心原点对称分布结构，通过调制第一电介质层和第二电介质层的折射率，使光子晶体结构满足PT对称分布n (z)＝n*(–z)，其中z为位置坐标；整个结构可以表示成：HLH(3L)HLH(9L)HLH(3L)HLHH'L'H'(3L')H'L'H'(9L')H'L'H'(3L') H'L'H'。