[发明专利]分光延迟干涉光子晶体超短单脉冲光发生器

说明书

技术领域

本发明属于光子晶体集成器件领域，涉及二维光子晶体、光子晶体线缺陷波导、光子晶体分光器、光波相位差，具体涉及一种分光延迟干涉光子晶体超短单脉冲光发生器。

背景技术

1987年，美国Bell实验室的Yablonovitch和Princeton大学的John分别在研究如何抑制自发辐射和无序电介质材料中的光子局域时，各自独立地提出了光子晶体的概念：由不同介电常数的材料间隔周期排列而成的微结构，其晶格常数与工作光波的波长为同一数量级。

自光子晶体面世以来，对其的研究取得了很大的进展，光子晶体可以应用于制造高性能的反射镜、光子晶体光波导、发光二极管、波长滤波器、微谐振腔、光开光等各种光子晶体器件。

近年来，光学逻辑器件的研究工作成为一个研究热点，一些基本的光学逻辑门已经成功地被发明和实现，进一步大规模逻辑功能的实现则需要用到脉冲发生器作为控制信号，本发明是一种对比度很高的全光单脉冲发生器。

传统的光学单脉冲都是通过脉冲光源获得，例如调Q和锁模激光器，通过这种方法获得光学单脉冲需要使用体积较大的装置，而且耗能大。关键是这种类型的光学单脉冲发生器不利于集成，无法应用到集成光学逻辑器件中。本发明的光学单脉冲发生器是利用光子晶体中的光路实现的，它具有体积小、低耗能等优点，也易于实现集成。

本发明的光学单脉冲发生器基于时间延迟原理和光的干涉原理。输入光进入波导后分成两束，两束光波经历的光程不相同，通过适当的改变结构和光程差，使两束光具有稳定的相位差，相干叠加后产生单脉冲。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种结构体积小、低耗能、易于集成的光学单脉冲发生器。解决本发明技术问题的技术方案是：提供一种分光延迟干涉相消式光子晶体超短单脉冲光发生器，其包含在二维光子晶体中的一个光子晶体输入波导，所述输入波导分别与第一光子晶体弯曲波导、第二光子晶体弯曲波导连接；所述第一光子晶体弯曲波导、第二光子晶体弯曲波导与光子晶体输出波导连接。

所述的二维光子晶体由硅或其它高折射率介质杆在空气或其它低折射率背景介质中呈二维周期性排列构成，该光子晶体的光子禁带覆盖了工作波长的值，优选地，低折射率介质材料取为空气，高折射率介质取为硅，周期结构光子晶体的晶格常数取为aμm，介质杆的半径取为0.18aμm，工作波长取为2.984aμm。

所述光子晶体输入波导、第一光子晶体弯曲波导、第二光子晶体弯曲波导和光子晶体输出波导为光子晶体线缺陷波导，波导中传输的光波的波长位于波导两侧的光子晶体的光子禁带波长范围内。

所述的光子晶体输入波导或光子晶体输出波导的长度不小于3个晶格周期或晶格常数，第一光子晶体弯曲波导的长度不小于12个晶格周期或晶格常数，第二光子晶体弯曲波导的长度大于第一光子晶体弯曲波导的长度。

所述的第一光子晶体弯曲波导、第二光子晶体弯曲波导的光程相位差值的最佳值为π的奇数倍，即第一光子晶体弯曲波导、第二光子晶体弯曲波导的光程长度差为半波长的奇数倍。

所述波导结构中产生的单脉冲的脉宽为该结构中的第一光子晶体弯曲波导、第二光子晶体弯曲波导的相位差除以工作圆频率，即为(2m+1)π/ω，其中m为自然正整数，ω为工作波长圆频率。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

1.结构体积小、低耗能、易于实现大规模逻辑光路集成；

2.该单脉冲发生器在微小光学逻辑集成芯片中具有广泛应用价值。

附图说明

本发明的分光延迟干涉光子晶体超短单脉冲光发生器的典型结构如图1、图4所示，它由两个具有光程差的波导结构组成，端口1为输入，端口2为输出端，波导3和波导4具有稳定的光程差。对于上述单脉冲发生器结构，波导3和波导4的光程差有一个最优值，即为半波长的奇数倍，以获得较好的单脉冲。

图1是实施1的分光延迟干涉相消式光子晶体超短单脉冲光发生器的结构示意图，其中空白部分为空气，实心圆点为介质杆，线形空白缺陷为光波导，端口1为输入端，端口2为输出端，线形空白3和4为光波导。

图2是实施例1的最后稳态光场分布。

图3是实施例1的输出端口的光波的电场幅度的平方的时域响应波形曲线。

图4是实施例2的分光延迟干涉光子晶体超短单脉冲光发生器，其中空白部分为空气，实心圆点为介质杆，线形空白缺陷为光波导，端口1为输入端，端口2为输出端，线形空白3和4为光波导。

图5是实施例2的输出端口的光波的电场幅度的平方的时域响应波形曲线。