專利名稱：光控平板式硅光子晶體太赫茲波調制裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及太赫茲波應用技術領域，尤其涉及一種光控平板式硅光子 晶體太赫茲波調制裝置。
背景技術：
太赫茲(THz， lTHz=10E+12Hz)輻射通常是指頻率范圍為O.lTHz到 10THz的電磁輻射波，這一波段位于電子學與光學的交界處，它在電磁波i普中 占有一個很特殊的位置，具有一系列特殊性質和重要的學術和應用價值。太赫 茲通信具有頻段資源豐富、帶寬大，保密性好，不受遠方電子干擾的影響，甚 至第三方在當地也很難接收太赫茲通信信號，可實現在2 5Km范圍內的i呆密 通信，傳輸速率可以達到1 10Gb/s等優點，而且太赫茲通信無需無線電管理部 門批準，因此太赫茲波在通信領域應用中具有獨特優勢。
目前，用來進行太赫茲波通信的太赫茲波源主要有(1) Gunns二極管發 射的連續THz波。Gunns二極管輸出功率較高，但Gunns 二極管頻率不可調， 可用于固定頻率的太赫茲波通信。(2)量子級聯激光器。量子級聯激光器可育g 在未來THz波通信中發揮重要作用，但目前其運行還需要低溫冷卻(液氦或液 氮)，而且低頻輸出(<2THz)極為困難，頻率可調范圍小。(3)返波振蕩器 (BWO) 。 BWO的優點是可以實現調諧及采用不同的返波管可選擇不同的輸出 頻率，其輸出頻率目前可覆蓋0,l 1.5THz，輸出波的空間質量較好，可以用于 太赫茲波通信。目前BWO的應用，或用于頻譜分析，或用于成像檢測，而>1每 BWO應用于THz波通信，國內外尚無這樣的技術。 發明內容
本實用新型的目的是克服現有技術的不足，提供一種光控平板式硅光子晶 體太赫茲波調制裝置。
光控平板式硅光子晶體太赫茲波調制裝置包括硅片、空氣孔、可調制的半 導體激光器、太赫茲波源、線缺陷區輸入端、線缺陷區輸出端、線缺陷區，硅 片上中間設有線缺陷區，在線缺陷區兩側的硅片上開有空氣孔，由硅片、空氣 孔、和線缺陷區構成平板式硅光子晶體，在線缺陷區的上方設有可調制的半導 體激光器，由太赫茲波源發出的太赫茲波由線缺陷區輸入端輸入，通過線缺陷 區，經線缺陷區輸出端輸出。
所述的硅片的折射率為3.4 3.8，硅片厚度0.4 1.0mm，硅片的電阻率1000 10000Qcm。空氣孔的半徑為40 20(Vm，空氣孔的周期為80 250[arn。 線缺陷區的寬度為1 5個空氣孔的周期。可調制的半導體激光器的工作波長為 680 卯0nm，功率5 500 mW，調制速度為50KHz/s lGHz/s。太赫茲波源為 返波振蕩器BWO。
本實用新型優點是該光控平板式硅光子晶體太赫茲波調制裝置具有l專輸t員 耗小，調制帶寬大，調制速度快，消光比高，尺寸小，結構緊湊，便于集成的 優點，滿足太赫茲波通信需求。
圖1 (a)是光控平板式硅光子晶體太赫茲波調制裝置示意圖； 圖1 (b)是光控平板式硅光子晶體太赫茲波調制裝置橫截面示意圖； 圖2 (a)是可調制的半導體激光器不發出激光時，平板式硅光子晶體的光 子禁帶圖2 (b)是可調制的半導體激光器發出激光照射到線缺陷區時，平板式硅 光子晶體的折射率發生改變，平板式硅光子晶體的光子禁帶產生平移，光子禁 帶發生改變圖3是硅片、空氣孔、和線缺陷區構成平板式硅光子晶體的導模圖4 (a)是可調制的半導體激光器不發出激光時，太赫茲波在平板式桂光 子晶體中的穩態傳輸情況示意圖4 (b)是可調制的半導體激光器發出激光照射到線缺陷區時，太赫茲波 在平板式硅光子晶體中的穩態傳輸情況示意圖中硅片1、空氣孔2、可調制的半導體激光器3、太赫茲波源4、線缺 陷區輸入端5、線缺陷區輸出端6、線缺陷區7。
具體實施方式
如圖1所示光控平板式硅光子晶體太赫茲波調制裝置包括硅片1、空氣孑L2、 可調制的半導體激光器3、太赫茲波源4、線缺陷區輸入端5、線缺陷區輸出S箭 6、線缺陷區7，硅片1上中間設有線缺陷區7，在線缺陷區7兩側的硅片1上 開有空氣孔2，由硅片l、空氣孔2、和線缺陷區7構成平板式硅光子晶體，在 線缺陷區7的上方設有可調制的半導體激光器3，由太赫茲波源4發出的太赫茲 波由線缺陷區輸入端5輸入，通過線缺陷區7，經線缺陷區輸出端6輸出。
所述的硅片1的折射率為3.4 3.8，硅片厚度0.4 1.0mm，硅片的電阻率 1000 10000Qcm。空氣孔2的半徑為40 200jim，空氣孔2的周期為80 25Onm。 線缺陷區7的寬度為1 5個空氣孔2的周期。可調制的半導體激光器3的工作波長為680 900nm，功率5 500mW，調制速度為50KHz/s lGHz/s。太赫茲 波源1為返波振蕩器BWO。
光控平板式硅光子晶體太赫茲波調制方法中的可調制的半導體激光器3不 發出激光時，由硅片l、空氣孔2、和線缺陷區7構成平板式硅光子晶體具有光 子禁帶；當可調制的半導體激光器3發出激光照射到線缺陷區7時，平板式硅 光子晶體的折射率發生改變，平板式硅光子晶體的光子禁帶產生平移，禁帶邊 緣發生改變；利用平板式硅光子晶體的禁帶邊緣來調制太赫茲波，實現把f言號 加載到太赫茲波上。
本實用新型的工作過程如下選擇Microtech公司出售的返波振蕩器BWO 作為太赫茲源，計算機控制BWO輸出太赫茲波在0.23-0.375THz頻段內改變。 選取合適的導模(太赫茲頻率)發出連續的太赫茲波。該頻率的太赫茲波在可 調制的半導體激光器不發出激光時，落在平板式硅光子晶體的禁帶外面，緊靠 著光子禁帶邊緣，太赫茲波以很小的傳輸損耗通過平板式硅光子晶體的線缺陷 區，達到線缺陷區輸出端輸出，此時，利用BWO自帶的肖特基二極管太赫茲波 探測器在線缺陷區輸出端可以探測到太赫茲波；當可調制的半導體激光器發出 激光照射到線缺陷區時，平板式硅光子晶體的折射率發生改變，平板式硅光子 晶體的光子禁帶產生平移，禁帶邊緣發生改變，該頻率的太赫茲波落在平板式 硅光子晶體的禁帶里面，由于平板式硅光子晶體的光子禁帶禁止任何頻率電磁 波在平板式硅光子晶體禁帶內的傳輸，此時的太赫茲波不能通過平板式硅光子 晶體的線缺陷區，在線缺陷區輸出端沒有太赫茲波輸出，此時，利用BWO自帶 的肖特基二極管太赫茲波探測器在線缺陷區輸出端探測不到太赫茲波。因此， 太赫茲波在線缺陷區輸出端的強度隨著外加可調制的半導體激光器發出'激光是 否照射到平板式硅光子晶體的線缺陷區而變化，從而實現了把信號加載到太赫 茲波上。
實施例1
0.62THz頻率的太赫茲波調制
選擇Microtech公司出售的返波振蕩器BWO，其中返波管型號選為QS1 -900 ov81 (頻率在0.60-0.90THz頻段可調諧)，計算機控制BWO輸出波在 0.60-0.90THz頻段內改變。設計的硅光子晶體周期100//m，硅光子晶體折射率 為3.5，硅片厚度0.5mm，硅的電阻率10000Qcm，光子晶體孔半徑30/mi ，平 板式硅光子晶體的線缺陷區的寬度為3個空氣孔的周期，選擇太赫茲通j言用的 太赫茲波頻率為0.62THz，半導體激光工作波長808nm，功率10mW。獲f尋可調制的半導體激光器不發出激光時，太赫茲波在平板式硅光子晶體中的穩態傳輸
情況如附圖4 (a);可調制的半導體激光器發出激光照射到線缺陷區時，太赫 茲波在平板式硅光子晶體中的穩態傳輸情況如附圖4 (b)。該光控平板式硅光 子晶體太赫茲波調制裝置的消光比為50dB，調制速度1Gb/s，調制帶寬為lGHz， 調制器整體尺寸為3mm。
權利要求1.一種光控平板式硅光子晶體太赫茲波調制裝置，其特征在于包括硅片(1)、空氣孔(2)、可調制的半導體激光器(3)、太赫茲波源(4)、線缺陷區輸入端(5)、線缺陷區輸出端(6)、線缺陷區(7)，硅片(1)上中間設有線缺陷區(7)，在線缺陷區(7)兩側的硅片(1)上開有空氣孔(2)，由硅片(1)、空氣孔(2)、和線缺陷區(7)構成平板式硅光子晶體，在線缺陷區(7)的上方設有可調制的半導體激光器(3)，由太赫茲波源(4)發出的太赫茲波由線缺陷區輸入端(5)輸入，通過線缺陷區(7)，經線缺陷區輸出端(6)輸出，所述的太赫茲波源(1)為返波振蕩器BWO。
2. 根據權利要求1所述的一種光控平板式硅光子晶體太赫茲波調制器裝置， 其特征在于所述的硅片(1)的折射率為3.4 3.8，硅片厚度0.4 1.0mm，硅片 的電阻率1000 10000Qcm。
3. 根據權利要求1所述的一種光控平板式硅光子晶體太赫茲波調制裝置，其 特征在于所述的空氣孔(2)的半徑為40 20(Him，空氣孔(2)的周期為80 250,。
4. 根據權利要求1所述的一種光控平板式硅光子晶體太赫茲波調制裝置，其 特征在于所述的線缺陷區(7)的寬度為1 5個空氣孔(2)的周期。
5. 根據權利要求1所述的一種光控平板式硅光子晶體太赫茲波調制裝置，其 特征在于所述的可調制的半導體激光器(3)的工作波長為680 900nm，功率 5 500mW，調制速度為50KHz/s lGHz/s。
專利摘要本實用新型公開了一種光控平板式硅光子晶體太赫茲波調制裝置。它包括硅片、空氣孔、可調制的半導體激光器、太赫茲波源、線缺陷區輸入端、線缺陷區輸出端、線缺陷區，硅片上中間設有線缺陷區，在線缺陷區兩側的硅片上開有空氣孔，由硅片、空氣孔、和線缺陷區構成平板式硅光子晶體，在線缺陷區的上方設有可調制的半導體激光器，由太赫茲波源發出的太赫茲波由線缺陷區輸入端輸入，通過線缺陷區，經線缺陷區輸出端輸出。利用平板式硅光子晶體的禁帶邊緣來調制太赫茲波，實現把信號加載到太赫茲波上。本實用新型具有傳輸損耗小，調制帶寬大，調制速度快，消光比高，尺寸小，結構緊湊，便于集成優點，滿足太赫茲波通信需求。
文檔編號H04B10/155GK201434945SQ200920118429
公開日2010年3月31日 申請日期2009年4月23日 優先權日2009年4月23日
發明者李九生 申請人:中國計量學院