本發明專利技術提出了一種基于液體填充的光子晶體槽波導慢光特性優化方法。通過在光子晶體槽波導中最靠近空氣槽的第一排和第二排空氣孔內分別填充折射率為1.416和1.645的液體對光子晶體槽波導的慢光特性進行優化。仿真結果表明，當群折射率為150時，慢光帶寬可達1.35nm，群速度色散可降至5×10-6ps2/km。而且，當光子晶體槽波導的工作溫度變化或者空氣孔半徑制備誤差對其慢光特性產生影響時，均可以通過調節填充液體的折射率大小來穩定光子晶體槽波導的慢光特性。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及，屬于微型光 電子器件設計
技術介紹
慢光效應是1999年提出的新概念，它是指光脈沖的傳播速度遠小于光速的現 象。由于慢光可實現對光信號在時域上的處理以及對光能量在空間上的局域，而逐漸成為 光學領域的研究熱點(文獻1. T. F. Krauss. “Why do we need slow light.” Nature Photonics, 2008, 2(8) : 448-450.)。相比傳統的慢光產生方法而言，光子晶體波導由于 具有獨特的光子帶隙特性，能控制光子的運動狀態，可以在常溫下產生慢光，而且可以通 過改變結構參數實現任意波長上的慢光，從而極大地推動了慢光技術的發展(文獻2. T.F.Krauss. “Slow light in photonic crystal waveguides. ” Journal of Physics D: Applied Physics, 2007, 40(9): 2666-2670.)。而光子晶體槽波導是2008年在光子晶 體波導的基礎上提出的一種新型結構，它結合了光子晶體波導與普通槽波導的優點，空氣 槽內可以填充低折射率的待測物質，這樣，慢光就會被束縛在很窄的低折射率介質槽內，不 僅在空間上增加了信號的強度，還可以進一步加強慢光與槽內低折射率待測物質的相互 作用(文獻 3. C. Caer, X. Le Roux, E. Cassan. “Enhanced localization of light in slow wave slot photonic crystal waveguides. ” Optics Letters, 2012, 37 (17): 3660-3662.)，為小體積、高靈敏度的各種全光器件的實現提供了可能(文獻4. ff. C. Lai,S.Chakravarty, X. L. Wang, C. Y. Lin, R. T. Chen. uOn-chip methane sensing by near-1R absorption signatures in a photonic crystal slot waveguide. ” Optics Letters, 2011, 36(6): 984-986·)。然而，在常規光子晶體槽波導中，群折射率會隨波長的變化而變化，其產生的慢光 將存在嚴重的群速度色散現象，導致光脈沖信號展寬，波形發生畸變。考慮到實際應用，光 子晶體槽波導慢光的帶寬和群速度色散問題成為了很多學者研究的重點。2010年，J. Wu 等人(文獻5. J. Wu, Y. P. Li, C. Peng, Z. Y. Wang. “Wideband and low dispersion slow light in slotted photonic crystal waveguide. ” Optics Communications, 2010，283(14) : 2815-2819.)通過改變光子晶體槽波導中空氣槽兩側的空氣孔位置實現 了寬帶、低群速度色散的慢光，仿真結果表明，這種光子晶體槽波導結構可以產生群速度 為54，帶寬可達3.3nm的慢光現象。2011年，伊朗學者(文獻6. H. Aghababaeian, M. H. Vadjed-Samiei, N. Granpayeh. “Temperature stabilization of group index in silicon photonic crystal waveguides. ” Journal of the Optical Society of Korea, 2011，15(4) : 398-402.)通過改變光子晶體槽波導中空氣槽兩側的空氣孔半徑，將慢光 的群速度提高到40時，帶寬為10nm。但是由于光子晶體的孔形狀和尺寸很難精確控制 (文獻 7. J. Li, T. P. White, L. O’ Faolain, A. Gomez-1glesias, T. F. Krauss. “Systematic design of flat band slow light in photonic crystal waveguides. ”Optical Express, 2008, 16(9): 6227-6232;文獻 8. ff. ff. Song, R. A.1nteglia, ff. Jiang. “Slow light loss due to roughness in photonic crystal waveguides: An analytic approach.” Physical Review B, 2010, 82(3): 235306.),以上兩種方法 雖然在一定程度上改善了光子晶體槽波導的慢光特性，但卻增加了光子晶體槽波導制備的 復雜性。而且，在實際應用中，光子晶體槽波導的慢光特性還不可避免地會受到環境溫度 以及光子晶體槽波導空氣孔半徑制備誤差的影響，這將嚴重限制光子晶體槽波導慢光的 應用范圍。J. Wu 等人(文獻 9. J. Wu, Y. P. Li, C. Peng, Z. Y. Wang. “Numerical demonstration of slow light tuning in slotted photonic crystal waveguide using microfluidic infiltration.，，Optics Communications, 2011, 284(8): 2149-2152.)于 2011年提出在光子晶體槽波導的空氣槽中填充不同折射率的液體，實現了對慢光工作波長 的調諧，但其慢光特性并沒有得到改善。本專利技術提出通過選擇一定折射率的液體填充在光子晶體槽波導空氣槽兩側的空 氣孔內以實現寬帶、低群速度色散的慢光特性。由于液體填充操作可以在光子晶體槽波導 制備后進行，能夠更加靈活地控制光子晶體槽波導的慢光特性，所以，環境溫度以及光子晶 體槽波導空氣孔半徑的制備誤差對光子晶體槽波導慢光特性的影響可以通過調節填充液 體的折射率來消除或減小，不僅降低了光子晶體槽波導制備的復雜性，而且提高了光子晶 體槽波導慢光的應用范圍。此外，本專利技術所設計的光子晶體槽波導具有可重復利用性，可以 根據實際應用需要在同一塊光子晶體槽波導中填充不同折射率的液體，以實現不同的慢光 特性，大大提高了光子晶體槽波導的利用率。
技術實現思路
(一)要解決的技術問題本專利技術的目的在于克服已有光子晶體槽波導慢光特性優化方法的不足，提出一種簡 單、可行、易于實現的光子晶體槽波導慢光特性優化方法，其產生的慢光具有高群折射率、 寬帶寬、低群速度色散、不受環境溫度干擾以及空氣孔半徑制備誤差影響等優點。(二)技術方案為了達到上述目的，本專利技術提出一種基于液體填充的光子晶體槽波導慢光特性優化方 法。該優化方法是在光子晶體槽波導中最靠近空氣槽的第一排空氣孔內填充一種折射率的 液體，并在最靠近空氣槽的第二排空氣孔內填充另一種折射率的液體，通過調節兩種填充 液體的折射率大小，從而有效地改善光子晶體槽波導的色散曲線，以實現高群折射率、寬帶 本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種基于液體填充的光子晶體槽波導慢光特性優化方法，其特征在于：在光子晶體槽波導中最靠近空氣槽的第一排和第二排空氣孔內分別填充兩種折射率的液體，通過調節這兩種填充液體的折射率大小，從而有效地改善光子晶體槽波導的色散曲線，以實現高群折射率、寬帶寬、低群速度色散的慢光特性，而且當光子晶體槽波導的工作溫度變化或者空氣孔半徑制備誤差對其慢光特性產生影響時，均可以通過調節填充液體的折射率大小來穩定光子晶體槽波導的慢光特性。
【技術特征摘要】
1.一種基于液體填充的光子晶體槽波導慢光特性優化方法，其特征在于在光子晶體槽波導中最靠近空氣槽的第一排和第二排空氣孔內分別填充兩種折射率的液體，通過調節這兩種填充液體的折射率大小，從而有效地改善光子晶體槽波導的色散曲線，以實現高群折射率、寬帶寬、低群速度色散的慢光特性，而且當光子晶體槽波導的工作溫度變化或者空氣孔半徑制備誤差對其慢光特性產生影響時，均可以通過調節填充液體的折射率大小來穩定光子晶體槽波導的慢光特性。2.如權利要求1所述的ー種基于液體填充的光子晶體槽波導慢光特性優化方法，其特征在于光子晶體槽波導結構是先在半導體材料基底絕緣體上娃(Silicon On Insulator,SOI)上刻蝕等邊三角形排列的空氣孔形成ニ維三角晶格光子晶體，再將中間ー排沿X方向的空氣孔替換為ー個寬度為％=0. 32a的空氣槽而構成的，空氣孔的半徑r=0. 30a (其中a=442nm為光子晶體的晶格常數，即相鄰空氣孔之間的間距)，硅厚度A=220nm，硅的有效折射率/7=2. 87，在未填充前所有空氣孔的折射率均為1. O。3.如權利要求1所述的ー種基于液體填充的光子晶體槽波導慢光特性優化方法，其特征在于當光子晶體槽波導的工作溫度為290K時，在最靠近空氣槽的第一排空氣孔內填充折射率為1. 416的液體，同時在...
【專利技術屬性】
技術研發人員：趙勇，張亞男，
申請(專利權)人：東北大學，
類型：發明
國別省市：
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