[发明专利]一种高效率的多频点1×3光子晶体分束器结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种高效率的多频点1×3光子晶体分束器结构。

背景技术

近年来，光子晶体作为一种具有周期性介电结构的人工材料，由于其尺寸小、易集成，能在光波长尺寸控制光传播等特性，在集成光学里扮演着愈加重要的角色。而光子晶体分束器是实现光集成电路中不可或缺的元件。基于光子晶体平板的T型分束器(文献1：S.Foghani,H.Kaatuzian,and M.Danaie,“Simulation and design of a wideband T-shaped photonic crystal splitter,”Optica Applicata,vol.XL,pp.865-872,2010)、Y型分束器(文献2:N.Nozhat and N.Granpayeh,“Analysis and simulation of a photonic crystal power divider,”J.Appl.Sci.,vol.7,pp.3576–3579,2007.)等已经被大量的提出和应用，1×3光子晶体分束器结构近年来成为了研究的热点。文献3(文献3:X.Zhou,and J.Shu,“Novel 1×3splitter based on photonic crystal self-collimation effect,”Acta Optica Sinica,Vol.33,No.4,2013)设计了一种基于正方形晶格二维光子晶体自准直效应的1×3分束器，该分束器仅能实现对1551nm单个波长光波的分束，且其分光角度很小，尺寸较大，限制了其在大规模集成电路中的应用。

由于光子晶体波导具有体积小、损耗低、可实现大角度弯折、带宽宽等特点，基于光子晶体波导的光分束器未来在超大规模集成光路中将会有广泛的应用。文献4(文献4：J.Zhou,L.Huang,Z.Fu,F.Sun,and H.Tian,“Multiplexed Simultaneous High Sensitivity Sensors with High-Order Mode Based on the Integration of Photonic Crystal 1×3Beam Splitter and Three Different Single-Slot PCNCs,”Sensors,vol.16,1050,Jul.2016)在集成复用传感器结构中集成了1×3分束器，其设计的1×3分束器能在多个频点实现功率三等分，但是其每路输出的透射率仅有13％左右，分光效率较低。

为了能在多频点实现高效率的1×3分束效果，提出了一种高效率的多频点1×3光子晶体分束器结构。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明是要提供一种高效率的多频点1×3光子晶体分束器结构，其结构简单，尺寸小，且能在多个频点实现高效率的1×3功率均分的分束效果。

(二)技术方案

实现本发明目的的技术方案是提供一种1×3光子晶体分束器。它由圆形空气柱在硅板上周期性排列构成光子晶体。空气柱的排列呈长方形。中间一行空气孔被移除形成W1波导。在W1波导的两侧对称的沿60°方向移除两排空气孔，形成120°的Y分支波导。为使各分支的光均沿水平方向输出，在Y分支的两端分别水平的移除一行空气孔形成W1波导。中间W1波导的左端作为输入通道。上下两个W1波导和中间W1波导的右端作为三个输出通道。在中间W1波导与120°Y分支波导构成的1×3分支连接处的中心线两侧对称放置两个直角三角形柱，其距中心线的垂直距离可调。在Y分支末端与W1波导连接的120°弯曲拐角处，分别放置有一个等腰三角形空气柱。由此构成1×3光子晶体分束器结构。

本发明技术方案的进一步优化方案为：

所述的构成光子晶体的硅板厚度为240nm,折射率为3.48。

所述光子晶体结构包含的空气柱阵列大小为27×30，结构尺寸为11.5μm×15μm。

所述的光子晶体为三角晶格，晶格常数为a＝500nm。半径r＝0.32a。每个分支的W1波导宽度为其中a为所述光子晶体的晶格常数。

所述光子晶体分束器的1×3分支连接处上下两直角三角形柱与水平中心线的垂直距离为d。两直角三角形斜边与水平方向夹角为30°，水平边长度L为2(a-r)。

所述光子晶体分束器的上下两120°弯曲拐角处的等腰三角形底边与水平方向夹角为30°。