一種光子晶體環形腔太赫茲濾波器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明是一種新型光子晶體環形腔太赫茲濾波器，采用包含單個正方形介質塊的新型環形腔結構，涉及太赫茲波通信與光信息處理的技術領域。
【背景技術】
[0002]太赫茲波(Terahertz，THz)通常是指0.1THz到1THz波段的電磁波，它是最后一個未被全面認識與利用的頻率窗口。THz波的特殊電磁波譜位置賦予它很多優越的特性。將光子晶體技術和THz技術相結合能夠設計出滿足未來THz通信需求的濾波器。相較于傳統THz濾波器基于光子晶體的THz濾波器具有很多優勢，同時還具有波長選擇、噪聲濾除、增益均衡等作用，因此它在THz通信中具有很好的應用前景。
[0003]而在THz通信中，光子晶體THz濾波器常常由兩種方法實現，一種是在光子晶體中引入點缺陷實現濾波，該種濾波器的功能類似于波分解復用器，與傳統意義上的濾波器差別很大，插入損耗較大，因此該種濾波器無法滿足高速THz通信的要求；而另一種是通過在復雜結構光子晶體中引入合適的點缺陷與相應線缺陷實現的，現有的該種濾波器至多能夠實現雙波長濾波，此時若想實現更多波長的濾波，只能將這種濾波器進行串接，但是這會對濾波效率產生很大影響。而光子晶體環形腔相對于點缺陷來說，尺度變化的范圍大，結構設計較靈活，可以根據實際情況進行靈活設計，因此，對光子晶體環形腔的探索研宄具有非常重要的意義和前景。
[0004]在光子晶體環形腔中，腔結構與波導的耦合作用受腔的結構和介質柱的折射率影響，增大或者減小腔內介質柱的尺寸與旋轉角度，輸出波導輸出的波長也不同。波導和諧振腔之間靠近波導邊緣的介質柱的排列的改變也可以提高波導和諧振腔的諧振波長和耦合效率，是提高光子晶體濾波器的效率的有效方法。
【發明內容】
[0005]技術問題:本發明的目的是提供一種光子晶體環形腔太赫茲濾波器。通過分析環形腔不同結構參數對透射譜的影響，改變散射介質柱和內部正方形介質塊的邊長及旋轉角度，達到最佳濾波效果，Q值高，透過率也高。
[0006]技術方案:本發明的光子晶體環形腔太赫茲波濾波器包括二維正方晶格結構光子晶體(I)、輸入波導、散射介質柱、環形腔、單個正方形介質塊、輸出波導；其中，二維正方晶格結構光子晶體是沿X-Z平面周期性分布的介質柱型硅光子晶體；在二維正方晶格結構光子晶體中移除一排介質柱構成輸入波導；在二維正方晶格結構光子晶體中設有環形腔；環形腔包括單個內部正方形介質塊和散射介質柱兩個部分；單個正方形介質塊順時針旋轉一傾斜角度；環形腔與輸入波導和輸出波導各間隔兩排介質柱。
[0007]所述輸入波導的左端是輸入端，信號光是高斯波從輸入波導的左端輸入，從輸出波導的底端輸出。
[0008]所述環形腔的內部是由單個正方形介質塊構成，并且在這基礎上順時針旋轉一銳角角度，在環形腔的四周有四個散射介質柱，使進入環形腔的光波能夠更有效的傳播。
[0009]以高斯波作為入射波，在輸入波導中與環形腔發生耦合作用，通過調節環形腔的結構能夠使某些特定光波進入負載波導，起到選擇光波的作用。
[0010]有益效果:本發明提出的一種新型光子晶體環形腔太赫茲濾波器。此濾波器在二維正方晶格硅介質柱型光子晶體中，將線缺陷波導區、環形腔和輸入波導相結合，其中波導區提供了太赫茲波在光子晶體中的有效傳輸路徑，通過調節環形腔的結構能夠使某些特定光波進入下載波導，起到選擇光波的作用。通過改變散射介質柱和內部正方形介質柱的邊長及旋轉角度，從而提高了濾波器的濾波性能。此結構的光子晶體濾波器可靈活改變正方晶格光子晶體的各種參數、環形腔的結構和大小、內部正方形介質柱的邊長及旋轉角度和散射介質柱的尺寸等，因此可以根據需要設計出不同工作波長的濾波器。
【附圖說明】
[0011]圖1為本發明的一種光子晶體環形腔太赫茲濾波器的結構圖，
[0012]圖中有:二維正方晶格結構光子晶體1、輸入波導2、散射介質柱3、環形腔4、單個正方形介質塊5、輸出波導6。
[0013]圖2為當使用Pulse波源打入THz波時，得出該濾波器的透射譜。
[0014]圖3a為波長為94.053 μm的光波入射時的時域穩態響應圖，
[0015]圖3b為對應的穩態場強分布圖。
【具體實施方式】
[0016]為了適應高速率、超寬帶太赫茲波通信系統的發展，我們提出了一種新型的光子晶體環形腔太赫茲濾波器，使其工作在太赫茲波段，具有實際的應用價值。我們采用波導和環形腔相結合的結構，實現對波長為94.053 μπι的濾波，透過率為0.98556，插入損耗為0.063dBo
[0017]本發明一種新型光子晶體環形腔太赫茲濾波器包括正方晶格硅光子晶體、輸入波導、環形腔、輸出波導；其中，正方晶格光子晶體是沿X-Z平面呈正方形周期性分布在空氣中的硅介質柱型光子晶體，在其中間引入線缺陷構成輸入波導，在輸入波導下方相隔兩排介質柱引入一個內部介質柱是旋轉一定角度的正方形介質柱，且四周帶有四個散射介質柱的環形腔，輸出波導位于環形腔下方相隔兩排介質柱；太赫茲波從輸入波導的左端輸入，從輸出波導的底端輸出。
[0018]信號光是波長為94.053 μ m的太赫茲波，太赫茲波從輸入波導的左端輸入，從輸出波導的底端輸出。
[0019]本發明一種新型環形腔THz波單波長濾波器的濾波原理是:當所有頻率的光波由輸入端口左端輸入時，只有帶隙內的頻率的光波才可以在光子晶體波導中傳播，而其他頻率的光波由于反射、散射或者損耗作用而無法在波導內傳播。當光波到達環形諧振腔時，因為諧振腔的局域選頻作用，只有符合腔內的諧振頻率的光波才可以產生共振，并耦合進入環形諧振腔，繼而得以輸出，否則將從輸入波導的右端輸出。
[0020]具體參數為:晶格常數A = 30 μ m，介質柱半徑R = 5.1575 μ m，娃介質折射率η =3.4;環形腔內部單個正方形介質柱邊長L為92 μπι且順時針旋轉6°，其折射率n' =3.4;散色介質柱半徑Rl = 5 μπι。
【主權項】
1.一種光子晶體環形腔太赫茲波濾波器，其特征在于該光子晶體環形腔太赫茲濾波器包括二維正方晶格結構光子晶體(I)、輸入波導(2)、散射介質柱(3)、環形腔(4)、單個正方形介質塊(5)、輸出波導(6);其中，二維正方晶格結構光子晶體(I)是沿X-Z平面周期性分布的介質柱型娃光子晶體；在二維正方晶格結構光子晶體(I)中移除一排介質柱構成輸入波導(2);在二維正方晶格結構光子晶體(I)中設有環形腔(4);環形腔包括單個內部正方形介質塊(5)和散射介質柱(3)兩個部分；單個正方形介質塊(5)順時針旋轉一傾斜角度；環形腔(4)與輸入波導(2)和輸出波導(6)各間隔兩排介質柱。2.根據權利要求1所述的一種光子晶體環形腔太赫茲波濾波器，其特征在于所述輸入波導(2)的左端是輸入端，信號光是高斯波從輸入波導(2)的左端輸入，從輸出波導(6)的底端輸出。3.根據權利要求1所述的一種光子晶體環形腔太赫茲波濾波器，其特征在于所述環形腔(4)的內部是由單個正方形介質塊(5)構成，并且在這基礎上順時針旋轉一銳角角度，在環形腔的四周有四個散射介質柱(3)，使進入環形腔的光波能夠更有效的傳播。
【專利摘要】本發明是一種光子晶體環形腔太赫茲波濾波器，其特征在于該光子晶體環形腔太赫茲濾波器包括二維正方晶格結構光子晶體1、輸入波導2、散射介質柱3、環形腔4、單個正方形介質塊5、輸出波導6；其中，二維正方晶格結構光子晶體1是沿X-Z平面周期性分布的介質柱型硅光子晶體；在二維正方晶格結構光子晶體1中移除一排介質柱構成輸入波導2；在二維正方晶格結構光子晶體1中設有環形腔4；環形腔包括單個內部正方形介質塊5和散射介質柱3兩個部分；單個正方形介質塊5順時針旋轉一定角度；環形腔4與輸入波導2和輸出波導6各間隔兩排介質柱。
【IPC分類】G02B6/122, G02B6/12
【公開號】CN104932056
【申請號】CN201510357765
【發明人】陳鶴鳴, 倪媛, 季珂
【申請人】南京郵電大學
【公開日】2015年9月23日
【申請日】2015年6月25日