专利名称：光子晶体太赫兹波调制器装置及其方法
技术领域：
本发明属于太赫兹波应用技术领域，具体涉及光子晶体太赫兹波调制器装置及其方法。
背景技术：
太赫兹(THz，1THz＝10E+12Hz)辐射通常是指频率范围为0.1THz到10THz的电磁辐射波，这一波段位于电子学与光学的交界处，它在电磁波谱中占有一个很特殊的位置，具有一系列特殊性质和重要的学术和应用价值。太赫兹通信具有频段资源丰富、带宽大，保密性好，传输速率可以达到1～10Gb/s等优点，而且太赫兹通信无需无线电管理部门批准，因此太赫兹波在通信领域应用中具有独特优势。
目前，用来进行太赫兹波通信的太赫兹波源主要有(1)Gunns二极管发射的连续THz波。Gunns二极管输出功率较高，但Gunns二极管频率不可调，可用于固定频率的太赫兹波通信。(2)量子级联激光器。量子级联激光器可能在未来THz波通信中发挥重要作用，但目前其运行还需要低温冷却(液氦或液氮)，而且低频输出(＜2THz)极为困难，频率可调范围小。(3)返波振荡器(BWO)。BWO的优点是可以实现调谐及采用不同的返波管或利用倍频可选择不同的输出频率，其输出频率目前可覆盖0.1～1.5THz，输出波的空间质量较好，可以用于太赫兹波通信。目前BWO的应用，或用于频谱分析，或用于成像检测，而将BWO应用于THz波通信，国内外尚无这样的技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光子晶体太赫兹波调制器装置及其方法。
光子晶体太赫兹波调制器装置具有线缺陷的硅光子晶体、电极、液晶、二氧化硅衬底，在二氧化硅衬底上设有具有线缺陷的硅光子晶体，在具有线缺陷的硅光子晶体孔中注入液晶，在具有线缺陷的硅光子晶体上端两侧设有电极。
光子晶体太赫兹波调制方法是利用光子晶体的光子禁带平移的禁带边缘来调制太赫兹波信号的方法；当电极无外加电压时，光子晶体具有光子禁带；当电极有外加电压时，由于液晶的折射率发生改变，光子晶体的光子禁带产生平移，禁带边缘发生改变，实现把信号加载到太赫兹波上。
本发明优点是该光子晶体太赫兹调制器具有损耗小，调制带宽大，响应速度快，消光比高，尺寸小，结构紧凑，便于集成，满足太赫兹波通信需求。
图1(a)是硅光子晶体太赫兹波调制器结构示意图；图1(b)硅光子晶体太赫兹波调制器截面图；图2(a)是电极无外加电压时，光子晶体的光子禁带图；图2(b)是电极有外加电压时，光子晶体的光子禁带图；图3是具有线缺陷的硅光子晶体结构的导模图；图4(a)是电极无外加电压时，太赫兹波在光子晶体调制器结构中的稳态传输情况示意图；图4(b)是电极有外加电压时，太赫兹波在光子晶体调制器结构中的稳态传输情况示意图；图中具有线缺陷的硅光子晶体2、电极4、注入在孔中的液晶3、二氧化硅衬底1。
具体实施例方式
如图1所示，光子晶体太赫兹波调制器装置具有线缺陷的硅光子晶体2、电极4、液晶3、二氧化硅衬底1，在二氧化硅衬底上设有具有线缺陷的硅光子晶体，在具有线缺陷的硅光子晶体孔中注入液晶，在具有线缺陷的硅光子晶体上端两侧设有电极。
本发明主要是利用可调谐的BWO为高品质THz源，太赫兹波由具有线缺陷的硅光子晶体一端输入，被调制后的太赫兹波从硅光子晶体另一端输出。电极无外加电压时，光子晶体具有光子禁带；电极有外加电压时，由于液晶的折射率发生改变，光子晶体的光子禁带产生平移，禁带边缘发生改变。
本发明分析光子晶体在外加电压作用下产生光子禁带平移，通过选取合适的导模(太赫兹频率)，利用光子晶体的禁带边缘来调制太赫兹波，实现把信号加载到太赫兹波上。
工作原理和过程如下选取合适的导模(太赫兹频率)，该频率在电极无外加电压时，落在光子晶体的禁带外面，仅靠着光子禁带边缘，太赫兹波以很小的传输损耗通过光子晶体调制器结构；电极有外加电压时，由于光子晶体的光子禁带产生平移，该频率落在光子晶体的禁带里面，由于光子晶体的光子禁带禁止任何频率电磁波在光子晶体禁带内的传输，此时的太赫兹波不能通过光子晶体调制器结构。因此太赫兹波强度随着外加电场变化，实现了太赫兹波强度调制。
实施例10.6THz频率的太赫兹波调制选择Microtech出售的BWOs，其中返波管型号选为QS-400 ov81(频率在0.6-0.9THz频段可调谐)。设计的硅光子晶体周期a＝133μm，硅光子晶体折射率为3.4，光子晶体孔半径r＝53.2μm，硅光子晶体的线缺陷的宽度为去除一排孔(宽度为2a)，选择纳米级的5CB液晶注入孔中，太赫兹通信用的太赫兹波频率为0.6THz。获得的电极无外加电压时，太赫兹波在光子晶体调制器结构中的稳态传输情况如图4(a)；电极有外加电压(0.71V)时，太赫兹波在光子晶体调制器结构中的稳态传输情况如附图4(b)。该调制器的消光比为30dB，调制器整体尺寸为3.9mm。
权利要求
1.一种光子晶体太赫兹波调制器装置，其特征在于它具有线缺陷的硅光子晶体(2)、电极(4)、液晶(3)、二氧化硅衬底(1)，在二氧化硅衬底上设有具有线缺陷的硅光子晶体，在具有线缺陷的硅光子晶体孔中注入液晶，在具有线缺陷的硅光子晶体上端两侧设有电极。
2.一种利用如权利要求1所述装置的光子晶体太赫兹波调制方法，其特征在于，它是利用光子晶体的光子禁带边缘来调制太赫兹波信号的方法；当电极无外加电压时，光子晶体具有光子禁带；当电极有外加电压时，由于液晶的折射率发生改变，光子晶体的光子禁带产生平移，禁带边缘发生改变，实现把信号加载到太赫兹波上。
全文摘要
本发明公开了一种光子晶体太赫兹波调制器装置及其方法。光子晶体太赫兹波调制器装置具有线缺陷的硅光子晶体、电极、液晶、二氧化硅衬底，在二氧化硅衬底上设有具有线缺陷的硅光子晶体，在具有线缺陷的硅光子晶体孔中注入液晶，在具有线缺陷的硅光子晶体上端两侧设有电极。光子晶体太赫兹波调制方法是利用光子晶体的光子禁带边缘来调制太赫兹波信号的方法。本发明优点是该光子晶体太赫兹调制器具有损耗小，调制带宽大，响应速度快，消光比高，尺寸小，结构紧凑，便于集成，满足太赫兹波通信需求。
文档编号G02F1/01GK1963598SQ20061015473
公开日2007年5月16日 申请日期2006年11月21日 优先权日2006年11月21日
发明者李九生 申请人:中国计量学院