光子晶体技术_二_光子晶体光波导

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1、o..uneSEMICONDUCTOROPTOELECTRONICSVl24No3J2003光子晶体技术(二)光子晶体光波导—廖先炳.(重庆光电技术研究所重庆400060)一:摘要简介了二维(2D)光子晶体结构和通过在光子晶体中引入线缺陷形成的光子晶体光。、、。波导重点介绍直波导弯波导Y分支光波导和光子晶体光波导与光纤的藕合关:;;;键词光子带隙光波导传输损耗祸合中图分类号:TN252文献标识码:A文章编号:1001一5868(2003)03一0212一05质,1光子晶体及其结构薄膜这种结构形式实质上是用空气孔代替了介,。质棒空气孔的间距就

2、是光子晶体的晶格常数在光子带隙结构是一种周期性介质结构。凡是具光子晶体中引人缺陷最简单而实用的办法是丢失光。有光子带隙结构的材料叫做光子晶体该材料是类子晶体中的介质棒或空气孔。图2为一个由介质棒,比于半导体材料的电子带隙结构所以有时人们又一的周期结构构成的2D光子晶体的结构以及引人缺。。一把光子晶体叫做光半导体由于光子晶体具有周期陷的结构图图2(c)是丢失一排介质棒的2D光一一,折射率变化的二维(2D)或三维(3D)结构故光子子晶体结构,由于缺少一排(或多排)介质棒(或者缺,晶体具有光子能带结构其通过适当的几何结构便,一少一排(或多排)空气

3、孔)便在2D光子晶体结构中。可形成对某个光波长的光子带隙光子晶体最主要,,引人了缺陷态光便可以在缺陷态中传播这便是光的特点是在某一能量范围内的光子不能通过光子晶子晶体光波导。如果在2一D光子晶体中引人一个或,体或者在光子晶体内部产生的光不能传播这种特多,,个点缺陷便可构成点缺陷谐振器为光子晶体激。性类似于处于电子带隙中的电子光子晶体在光纤光器的激射提供可能性。一通信领域中最吸引人的应用是光子晶体光纤和2D空至气气介质棒介质薄膜空气孔。护/OQ光子晶体波导前者是通过在光子晶体中心引人一/、、、O/.0丫O,个缺陷并把有中心缺陷的光子晶体延

4、伸便构成传一;而2一D输光的光子晶体光纤光子晶体光波导是通…:::。一窄过在2D光子晶体中引人一个线性缺陷便可构成光一。。·。凡牙乍夕子晶体光波导如果在光子晶体中引人一个点缺陷2厂冬a、b,()()便可得到一种新颖的微腔设计利用这种点缺陷谐1。,。,通图光子晶体的周期结构(a)介质棒组成光子晶体结振器便可制作出光子晶体激光器此外过改变;,。构(b)穿透介质薄膜的空气孔组成的光子晶体结构缺陷的尺寸也可制作出光子晶体滤波器,光子晶体结构有两种形式如图1所示是一种..........,…由介质棒形成的周期结构介质棒之间的中心间距.……………...

5、….…a,r。a..为介质棒的半径为r(

6、24卷第3期廖先炳光子晶体技术(二)光子晶体光波导—光子晶体结构中的介质棒或者空气孔的排列形膜中部少腐蚀一排空气孔。利用这种结构的光波,、,.,.式有多种常见的排列形式有矩形排列小三角形排导在a一。42“m和△:一2时完全可以在15,列、蜂窝排列和六角形排列,如图3所示。在这些排拼m波段的60nm带宽内实现接近100写的传输如。,,,。图4(b)所示[lj因此在制作平板光波导时总是列形式中最常用的是三角形排列和六角形排列,△。..在寻求低和空气孔深度间的平衡特别是在具有....-.令,……….许多缺陷的紧凑结构(如微腔和弯曲波导)中必须..

7、……..△。。…….……选取低的而对于具有极少或无缺陷的大结构..,,…………来说应使用高的△:尽管高的△。可能会导致高的.……下口)矩形结构〔2)二…角形结构(4)六角…形结构,,…………损耗但是一旦出现Bloch模式仍会呈现极低或零图3常见的几种光子晶体结构损耗。对于一,个完整的光子晶体即没有引人缺陷的,一,光子晶体假设2D系统在z方向是均匀的且电场,,一平行于z那么这样的2D系统中只允许横电轴,(TE)模存在TE模的光子带隙可表示为介质膜·。/(a2二e)=a/几(1):,a,。。是角频率是光子晶体的晶格常数是光式中速扭是自由空间波长

8、。根据式(1)可以设计出不同空气孔的,。光子带隙以满足不同光波长的光限制1、2、aSnP,光子晶体材料可以是5510GA和I也,as二al一二s。可以是异质结结构例如GA/AIG