一種基于自準直效應的二維光子晶體光強調制器制造技術

本實用新型專利技術提供了一種基于自準直效應的二維光子晶體光強調制器，屬于光通信應用技術領域，尤其適用于光通信中的集成光學領域。所述光強調制器包括孔型硅基光子晶體、5CB液晶、透明導電膜層、外接電壓接線點和兩個包層玻璃。其中，孔型硅基光子晶體的部分孔中填充5CB液晶，包層玻璃覆蓋于光子晶體中垂直于空氣孔的兩側，透明導電膜層直接鍍附在包層玻璃內側，外接電壓接線點與透明導電膜層連接，外加電壓通過接線點施加在透明電極上。本實用新型專利技術結構簡單，體積小巧，光在其中自準直傳播使調制后的光束易于無衍射損耗地傳輸至下一光學器件，插入損耗很小。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及光通信應用
，特別涉及一種基于自準直效應的二維光子晶體光強調制器。
技術介紹
光調制器是高速、長距離光通信的關鍵器件，也是最重要的集成光學器件之一，它是通過電壓或電場的變化調控輸出光的振幅或相位的器件。光調制器的常用調制方法有機械調制、電光調制、聲光調制和磁光調制等。機械調制需要使用高速馬達，在腔外用高速旋轉的開縫轉盤很容易制成光斬波器，實現光強的低頻調制；電光調制利用某些晶體、液體或氣體在外加電場作用下折射率發生變化的現象進行調制，LiTa03電光效應調制器是利用晶體的電光效應調制光的振幅或相位，其調制速度快，III / V族化合物光調制器利用Frang-Keldgsh效應,通過電壓改變材料的光吸收特性進而改變光強，目前化合物光調制器能實現高速調制；聲光調制利用光在聲場中的衍射現象進行調制，具有驅動功率低、光損耗小、消光比高等優點；磁光調制利用法拉第效應旋光效應進行光調制，由于材料透明波段的限制，磁光調制主要用于紅外波段。此外，還可以利用電場、磁場或溫度等參數的改變實現光波的頻率調制。由于工藝水平的不斷提高，雖然上述調制器件的尺寸能做得比較小，但它們仍不能滿足光通訊向硅集成化微小化的發展要求。另外，大部分光調制器還有以下問題:所需電壓太高、電流太大、磁場太強或體積太大等，它們在集成光學中表現得尤其明顯。
技術實現思路
本技術為了解決目前微小硅集成光學模塊中的光強調制問題，提供了一種基于自準直效應的二維光子 晶體光強調制器，其特征在于:所述光強調制器包括孔型硅基光子晶體、5CB液晶、透明導電膜層、外接電壓接線點和包層玻璃，其中，所述孔型硅基光子晶體由分束結構、反射結構和位于二者之間的自準直結構構成，自準直結構包括三個自準直區域(9、10、11)。另外，如果設晶格周期為a，則所述分束結構的空氣孔孔徑為1.46a^l.48a，反射結構的空氣孔孔徑為1.70a^l.80a，自準直結構的空氣孔孔徑為0.33a^0.34a，孔型硅基光子晶體的工作波長為5.69a 5.7a。所述自準直區域的空氣孔內填充有5CB液晶。所述包層玻璃有兩個，分別位于孔型硅基光子晶體垂直空氣孔的兩側。所述透明導電膜層直接鍍附在包層玻璃靠近孔型硅基光子晶體的一側，同孔型硅基光子晶體相接觸。所述外接電壓接線點(4)位于包層玻璃(5)的內側面，同透明導電膜層(3)相連接。所述5CB液晶的折射率隨著外加電壓的變化而變化，兩束光干涉后出射。本技術的有益效果:本技術一種基于自準直的M-Z干涉結構的光強調制器，通過電壓調節5CB液晶的折射率，達到改變兩干涉臂光程差的目的，且不影響光的自準直傳播，易于與調制后的光束無衍射損耗地傳輸至下一光學器件，因此本技術結構簡單、電壓低、調制度深、損耗小、結構微小，便于集成，可廣泛應用于集成光學領域。以下結合附圖對本技術一種基于自準直效應的二維光子晶體光強調制器作進一步說明附圖說明圖1為實施方式的光強調制器的整體結構示意圖。圖2為實施方式的二維孔型光子晶體結構圖。圖3為實施方式的兩個出射端口的光強隨液晶折射率的變化圖。具體實施方式下面通過附圖對本技術的實施形態進行詳細的說明光子晶體是一類介電常數周期性分布的微尺寸人工結構材料。當電磁波在其中傳播時，受到多重散射，散射波之間的干涉作用使光子晶體具有類似于固體晶體的能帶結構，在帶與帶之間存在光子帶隙。光在光子晶體中傳播，其傳播特性由能帶結構決定。光子晶體自準直效應，是指在光子晶體中光束可以在不引入傳統光子晶體波導的情況下，克服光束的衍射發散效應而顯示出幾乎完全準直的傳播特性。它源于光子晶體的獨特的色散性質，即等頻圖上在特定的頻率區間和很大張角范圍內存在非常平坦的等頻率面，光波能量的傳播總是垂直于等頻面。光子晶體的自準直效應不要求引入缺陷，其制造比引入缺陷的光子晶體更容易實現，且能更好地將光能無損耗耦合入下一光學器件中。基于光子晶體特殊的色散性質和禁帶特性，研究人員開發了大量用于光通訊的器件，如光子晶體激光器、光子晶體濾波器、光子晶體分光器、光子晶體波分復用器件等等。但這些器件中，很多都是利用缺陷波導傳輸光的，基于自準直效應的空氣孔型硅基二維光子晶體器件較少；而且，目前研究的光子晶體器件中，幾乎沒有基于液晶調制的光強調制器。因此，在光通信向著微小化、集成化發展的大趨勢下，基于自準直效應的二維光子晶體光強調制器件能夠很好地滿足集成光學中的低頻光強調制的要求。本技術就是基于以上構思而提出的。本技術的工作原理如下所述外加電壓能使液晶分子的指向矢發生改變，5CB液晶的正常折射率11。=1. 522，反常折射率ne=l. 706。隨外加電壓由OV到5V不同，5CB液晶的折射率在Iitl到間遞增變化。當填充于某一干涉臂上的液晶折射率發生變化時，兩條光路上的光由于干涉而出現光強的變化。實施方式如圖1和圖2, —種光強調制器,包括孔型娃基光子晶體1、5CB液晶2、兩個透明導電膜層3、兩個外接電壓接線點4和兩個包層玻璃5。所述孔型硅基光子晶體I上分布著方形周期性排列的空氣孔，這些空氣孔直徑不同，分別用作分束結構6、反射結構7和自準直結構8。所述5CB液晶2填充于圖中所示的一支干涉臂上的自準直區域9、10、11中的空氣孔內；所述兩個包層玻璃5分別處于垂直空氣孔的兩側；所述兩個透明導電膜層3直接鍍附在兩個包層玻璃內側；所述兩個外接電壓接線點4分別與兩個導電膜層3連接。外部所加電壓通過接線點施加在兩個透明導電膜層3上。本實施例中二維光子晶體為空氣孔型硅基光子晶體，空氣孔按照方形晶格排列，晶格周期為0.272 μ m。所述分束結構6由一排23個半徑0.133 μ m的空氣孔構成；所述反射結構7由三排半徑0.16μπι的空氣孔構成，每排分別為23個、21個、19個空氣孔；其余的空氣孔半徑為0.09 μ m,即所述的自準直結構8。兩干涉臂的長度U、L2分別為L^Ln+Ln+LoK^.e^ + 7.89λ/2 +13.6>/2 )^,L2=7.89V2 μιη。本光強調制器的工作波長為光通信所用波長，λ =1.55 μ m。本技術的操作步驟1、對應輸入激光波長本實施例所對應的激光波長為常用通信用波長1.55 μ m,從而能與現有成熟的光通信技術兼容，快速投入到光通信中。2、操作過程本技術操作簡單。激光從左端箭頭所示處入射到分束結構6，經分束結構6后分為兩束相干光。其中一束光經由空氣孔光子晶體自準直傳播到另一端的分束結構；另一束光被分束結構反射后，經過填充有液晶的孔型光子晶體，并經過反射結構7反射兩次后，與前一束光在另一端的分束結構6上干涉后沿OUTl端或者0UT2端繼續無衍射自準直傳播。外部電壓信號通過電壓接線點4接入，作用在透明導電膜層3 (ΙΤ0層)上，外部電壓通過透明導電膜層(ΙΤ0層)施加到填充于空氣孔中的液晶上。當外加電壓為零時，液晶呈現出正常折射率，光束在OUTl端有最強的輸出，0UT2端有最弱的輸出；當外加電壓逐時增大時液晶折射率也會變大，導致兩光束相位差變化，從而引起0UT1、0UT2端出射光光強的變化。在整個變化過程中，OUTl端和0UT2端的出射光光強是互補的，可以根據實際需要選用端口。綜上所述，本實用新本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于自準直效應的二維光子晶體光強調制器，其特征在于：所述光強調制器包括孔型硅基光子晶體（1）、5CB液晶（2）、透明導電膜層（3）、外接電壓接線點（4）和包層玻璃（5），其中，所述孔型硅基光子晶體（1）由分束結構（6）、反射結構（7）和位于二者之間的自準直結構（8）構成，自準直結構（8）包括三個自準直區域（9、10、11）。

【技術特征摘要】
1.一種基于自準直效應的二維光子晶體光強調制器，其特征在于:所述光強調制器包括孔型硅基光子晶體(1)、5CB液晶(2)、透明導電膜層(3)、外接電壓接線點(4)和包層玻璃(5)，其中，所述孔型硅基光子晶體(1)由分束結構(6)、反射結構(7)和位于二者之間的自準直結構(8 )構成，自準直結構(8 )包括三個自準直區域(9、10、11)。2.根據權利要求1所述的一種基 于自準直效應的二維光子晶體光強調制器，其特征在于:設晶格周期為a，則分束結構(6)的空氣孔孔徑為1.46a^l.48a，反射結構(7)的空氣孔孔徑為1.70a 1.80a,自準直結構(8)的空氣孔孔徑為0.33a 0.34a。3.根據權利要求1所述的一種基于自準直效應的二維光子晶體光強調制器，其特征在于:設晶格周期為a，則所述孔型硅基光子晶體(I)的工作波長為5.69a^5.7a。4.根據權利要求1所述的...

【專利技術屬性】
技術研發人員：蔣強，梁斌明，胡艾青，胡水蘭，張磊，湛勝高，朱幸福，
申請(專利權)人：上海理工大學，
類型：實用新型
國別省市：