基于啁啾多孔硅光子晶體的多通道濾波器制造技術

本發明專利技術公開一種基于啁啾多孔硅光子晶體的多通道濾波器，其結構主要由光學基底材料和光子晶體多層膜構成，其中光子晶體多層膜由兩種不同多孔率的多孔硅A、B通過其中一種多孔硅層的物理厚度變化而形成啁啾結構基礎單元并重復N個周期來構成，其結構為[A/B1/A/B2/…/A/Bi]N。對于不同多孔率的A和B，在每個周期中，A層物理厚度a不變，B層物理厚度b1,b2,…bi成等差數列排列。采用電化學陽極腐蝕法制備多孔硅光子晶體，通過控制電化學陽極腐蝕的電流密度和腐蝕時間來實現啁啾結構。本發明專利技術與二維、三維光子晶體和傳統濾波器相比，制備工藝簡單，損耗低，可提供多個高透射率的濾波通道，在光通信系統和光子器件及系統中可發揮重要作用。

【技術實現步驟摘要】
【專利摘要】本專利技術公開一種基于啁啾多孔硅光子晶體的多通道濾波器，其結構主要由光學基底材料和光子晶體多層膜構成，其中光子晶體多層膜由兩種不同多孔率的多孔硅A、B通過其中一種多孔硅層的物理厚度變化而形成啁啾結構基礎單元并重復N個周期來構成，其結構為N。對于不同多孔率的A和B，在每個周期中，A層物理厚度a不變，B層物理厚度b1,b2,…bi成等差數列排列。采用電化學陽極腐蝕法制備多孔硅光子晶體，通過控制電化學陽極腐蝕的電流密度和腐蝕時間來實現啁啾結構。本專利技術與二維、三維光子晶體和傳統濾波器相比，制備工藝簡單，損耗低，可提供多個高透射率的濾波通道，在光通信系統和光子器件及系統中可發揮重要作用。【專利說明】基于嗎嗽多孔括光子晶體的多通道濾波器
本專利技術設及一種光子晶體濾波器，特別是設及一種基于調嗽多孔娃光子晶體的多 通道濾波器。
技術介紹
光子晶體是一種折射率在空間周期排列的人工材料。光子晶體獨特的光子帶隙結 構，能夠控制光子的傳播行為，使得光子晶體成為光子技術中的基礎性材料之一，而且應用 廣泛。 目前光子晶體用作濾波器通常是利用光子晶體的禁帶特性，引入缺陷，從而在光 子帶隙中產生缺陷模式，只有頻率和缺陷模式吻合的光波才可W通過光子晶體傳播，光子 禁帶中會出現高透射窗口，具有特別好的濾波特性，運一特性可用來制造高品質、高透射率 的單通道濾波器和多通道濾波器。對于普通介質的一維光子晶體，有增加光子晶體周期數 目和增大構成光子晶體的兩種介質折射率的比值兩種方法來得到高品質的濾波器。但是增 加光子晶體周期數目將會增大濾波器的體積，很明顯不利于光子集成回路的實現，增大兩 種介質折射率的比值反而受到材料的限制。 通過對現有技術的文獻查新檢索發現，陳海波等(兩端對稱負折射率缺陷復合光 子晶體:多通道濾波和光開關，光學技術，2011，第6期)采用傳輸矩陣法對兩端對稱負折射 率缺陷復合光子晶體結構N的透射特性進行了研究，引入了負折射率缺陷層，調 節周期和負折射率能達到一定的濾波目的。然而其結構相對復雜，光學性能不易控制，具有 一定的局限性。賀芝宇等(基于光子晶體帶隙特性的反射式多通道濾光片設計，光學學報， 2014,第2期)利用含缺陷一維光子晶體獨特的帶隙特性，依據其相應的能帶理論，設計了一 種由金屬和介質組成的反射式多通道濾光片。運種濾光片通道的工作范圍由光子帶隙理論 計算得到，通道個數由"光子晶體"缺陷的周期數決定，通道的位置利用等效相位厚度的方 法確立，但是該多通道濾波器使用了金屬材料，金屬材料的損耗比較大，很難避免。李文勝 等(基于含滲雜半導體復合光子晶體的太赫茲多通道濾波器，人工晶體學報，2013,第3期） 通過GaAs和Ti02兩種材料的交替排列形成一定周期數的光子晶體結構，在透射譜中獲得多 透射峰，從而實現多通道濾波，進而通過兩段相同結構的級聯形成復合光子晶體來降低各 透射峰的半高全寬。該濾波器受到兩種材料折射率的局限，調諧范圍小，結構設計不夠靈 活。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種基于調嗽多孔娃光子晶體的多通道濾波器，該濾波器可 W克服現有光子晶體多通道濾波器中結構復雜、光學性能不易控制、損耗高、不可靈活設計 等缺點，可W很簡便地實現光通信范圍內多通道濾波，并滿足光通信、光存儲及信息處理等 方面的應用要求。 本專利技術的目的通過下述技術方案來實現:一種基于多孔娃光子晶體的多通道濾波 器，包括光學基底材料，還包括多孔娃光子晶體多層膜，所述多孔娃光子晶體多層膜由兩種 不同多孔率的多孔娃A、B通過其中一種多孔娃層的物理厚度變化而形成調嗽結構基礎單元 并重復N個周期來構成，其結構表示為N，其中，A表示每個周期中多孔 娃A層為固定層，Bi，B2…，Bi表示每個周期中多孔娃B層的物理厚度變化形成的各變化層，i 為結構參數，N為周期數，所述多孔娃A、B根據電化學腐蝕原理制備，通過調節多孔娃光子晶 體多層膜的物理厚度、結構參數和入射角，可獲得需要的多通道濾波器，多通道濾波器的通 道數可通過改變周期數N來調節。 所述每個周期中多孔娃B的Β1，Β2···Βι層對應的物理厚度bi，b2…，bi成等差數列排 列。 所述多孔娃的多孔率和物理厚度與電化學陽極腐蝕的電流密度、腐蝕時間和腐蝕 液濃度相關，腐蝕液由HF和無水乙醇的混合液組成，體積比為1:1，HF為40 %的水溶液，電流 密度為10~lOOmA/cnf2,腐蝕時間為1~35s。 所述多孔娃A層的多孔率化的范圍為5% <化< 47%。 所述多孔娃B層的多孔率pb的范圍為34%含pb含86%。 所述多孔娃A層的物理厚度a取值范圍為80nm < a < 200nm。[001^ 所述多孔娃B的Bi層的物理厚度bi取值范圍為SOnm^l。00皿，公差d的取值范圍 為 lOOnm < d < 260nm。 所述入射角白的取值范圍為0。<白含65.66。。 所述多通道濾波器的通道數等于周期數N-1。 所述多通道濾波器的工作頻率范圍可調節到通用光通信頻率為1.67~3.75 X 1014Hz，對應的波長范圍為800nm~1700nm，滿足光通信的要求。 本專利技術的原理在于:所提供的基于調嗽多孔娃光子晶體的多通道濾波器中，光波 在周期性光子晶體結構中傳輸時受到折射率周期性的調制，最終導致某些在其頻率范圍內 的光波的傳播受到抑制而無法通過(即光子晶體的帶隙特性），從而在輸出光譜中形成光子 禁帶?？蒞發現，在透射譜中出現較大的光子禁帶和一個由一些子透射峰組成高透射窗口。 優化處理其結構參數，透射譜中將具有較高的邊帶抑制和多個較窄帶隙，可見該濾波器與 普通的濾波器比較性能較好。在該基于調嗽多孔娃光子晶體多通道濾波器中，適當地調節 介質的厚度參數，結構參數i和入射角Θ，可W得到所需要的多通道濾波器，各個透射峰的透 射率十分接近100%，品質因數也比較高。 本專利技術的基于調嗽多孔娃光子晶體多通道濾波器的制備方法是脈沖電化學陽極 腐蝕法，具體是用計算機編程語言LabVIEW產生控制序列，生成具有一定占空比和脈沖周期 的脈沖信號，通過數據采集通道傳遞給PCI6024數據采集卡，所產生的脈沖電壓施加到電化 學腐蝕槽上，改變計算機程序中的控制序列參數可W精確地控制電化學陽極腐蝕的電流密 度和有效腐蝕時間，從而實現該濾波器的制備。 與現有技術相比，本專利技術的優點在于： 1、本專利技術的光子晶體多通道濾波器中沒有引入缺陷，利用光子晶體的帶隙特性， 優化處理其結構參數，透射譜中將具有較高的邊帶抑制和多個高透射窗口，透射峰的透射 率十分接近100%，而且具有較高的品質因數； 2、本專利技術的光子晶體多通道濾波器中使用的多孔娃材料價格低廉，光學性質優 良，可使用脈沖電化學陽極腐蝕的方法制備，多孔娃的多孔率完全取決于電化學陽極腐蝕 的電流密度，多孔娃層的厚度由腐蝕時間決定，而多孔娃的折射率取決于多孔率，高多孔率 對應著低折射率，低多孔率對應著高折射率，所W折射率的范圍比較大，具有靈活設計的特 性； 3、該調嗽多孔娃光子晶體濾波器與二維、Ξ維光子晶體及傳統的濾波器相比，審U 備工藝簡單，可靠性好，損耗低，可調諧范圍大?！靖綀D說明】 圖1為本專利技術基于調嗽多孔娃光子晶體多通道濾波器本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于啁啾多孔硅光子晶體的多通道濾波器，包括光學基底材料，其特征在于：還包括多孔硅光子晶體多層膜，所述多孔硅光子晶體多層膜由兩種不同多孔率的多孔硅A、B通過其中一種多孔硅層的物理厚度變化而形成啁啾結構基礎單元并重復N個周期來構成，其結構表示為[A/B1/A/B2/.../A/Bi]N，其中，A表示每個周期中多孔硅A層為固定層，B1,B2…,Bi表示每個周期中多孔硅B層的物理厚度變化形成的各變化層，i為結構參數，N為周期數，所述多孔硅A、B根據電化學腐蝕原理制備，通過調節多孔硅光子晶體多層膜的物理厚度、結構參數和入射角θ，可獲得需要的多通道濾波器，多通道濾波器的通道數可通過改變周期數N來調節。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：陳穎，田亞寧，朱奇光，趙志勇，羅佩，
申請(專利權)人：燕山大學，
類型：發明
國別省市：河北;13