专利名称：一种基于自准直效应的二维光子晶体光强调制器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及光通信应用技术领域，特别涉及一种基于自准直效应的二维光子晶体光强调制器。
背景技术：
光调制器是高速、长距离光通信的关键器件，也是最重要的集成光学器件之一，它是通过电压或电场的变化调控输出光的振幅或相位的器件。光调制器的常用调制方法有机械调制、电光调制、声光调制和磁光调制等。机械调制需要使用高速马达，在腔外用高速旋转的开缝转盘很容易制成光斩波器，实现光强的低频调制；电光调制利用某些晶体、液体或气体在外加电场作用下折射率发生变化的现象进行调制，LiTa03电光效应调制器是利用晶体的电光效应调制光的振幅或相位，其调制速度快，III / V族化合物光调制器利用Frang-Keldgsh效应,通过电压改变材料的光吸收特性进而改变光强，目前化合物光调制器能实现高速调制；声光调制利用光在声场中的衍射现象进行调制，具有驱动功率低、光损耗小、消光比高等优点；磁光调制利用法拉第效应旋光效应进行光调制，由于材料透明波段的限制，磁光调制主要用于红外波段。此外，还可以利用电场、磁场或温度等参数的改变实现光波的频率调制。由于工艺水平的不断提高，虽然上述调制器件的尺寸能做得比较小，但它们仍不能满足光通讯向硅集成化微小化的发展要求。另外，大部分光调制器还有以下问题:所需电压太高、电流太大、磁场太强或体积太大等，它们在集成光学中表现得尤其明显。
实用新型内容本实用新型为了解决目前微小硅集成光学模块中的光强调制问题，提供了一种基于自准直效应的二维光子 晶体光强调制器，其特征在于:所述光强调制器包括孔型硅基光子晶体、5CB液晶、透明导电膜层、外接电压接线点和包层玻璃，其中，所述孔型硅基光子晶体由分束结构、反射结构和位于二者之间的自准直结构构成，自准直结构包括三个自准直区域(9、10、11)。另外，如果设晶格周期为a，则所述分束结构的空气孔孔径为1.46a^l.48a，反射结构的空气孔孔径为1.70a^l.80a，自准直结构的空气孔孔径为0.33a^0.34a，孔型硅基光子晶体的工作波长为5.69a 5.7a。所述自准直区域的空气孔内填充有5CB液晶。所述包层玻璃有两个，分别位于孔型硅基光子晶体垂直空气孔的两侧。所述透明导电膜层直接镀附在包层玻璃靠近孔型硅基光子晶体的一侧，同孔型硅基光子晶体相接触。所述外接电压接线点(4)位于包层玻璃(5)的内侧面，同透明导电膜层(3)相连接。所述5CB液晶的折射率随着外加电压的变化而变化，两束光干涉后出射。本实用新型的有益效果:本实用新型一种基于自准直的M-Z干涉结构的光强调制器，通过电压调节5CB液晶的折射率，达到改变两干涉臂光程差的目的，且不影响光的自准直传播，易于与调制后的光束无衍射损耗地传输至下一光学器件，因此本实用新型结构简单、电压低、调制度深、损耗小、结构微小，便于集成，可广泛应用于集成光学领域。
以下结合附图对本实用新型一种基于自准直效应的二维光子晶体光强调制器作进一步说明
图1为实施方式的光强调制器的整体结构示意图。图2为实施方式的二维孔型光子晶体结构图。图3为实施方式的两个出射端口的光强随液晶折射率的变化图。
具体实施方式
下面通过附图对本实用新型的实施形态进行详细的说明光子晶体是一类介电常数周期性分布的微尺寸人工结构材料。当电磁波在其中传播时，受到多重散射，散射波之间的干涉作用使光子晶体具有类似于固体晶体的能带结构，在带与带之间存在光子带隙。光在光子晶体中传播，其传播特性由能带结构决定。光子晶体自准直效应，是指在光子晶体中光束可以在不引入传统光子晶体波导的情况下，克服光束的衍射发散效应而显示出几乎完全准直的传播特性。它源于光子晶体的独特的色散性质，即等频图上在特定的频率区间和很大张角范围内存在非常平坦的等频率面，光波能量的传播总是垂直于等频面。光子晶体的自准直效应不要求引入缺陷，其制造比引入缺陷的光子晶体更容易实现，且能更好地将光能无损耗耦合入下一光学器件中。基于光子晶体特殊的色散性质和禁带特性，研究人员开发了大量用于光通讯的器件，如光子晶体激光器、光子晶体滤波器、光子晶体分光器、光子晶体波分复用器件等等。但这些器件中，很多都是利用缺陷波导传输光的，基于自准直效应的空气孔型硅基二维光子晶体器件较少；而且，目前研究的光子晶体器件中，几乎没有基于液晶调制的光强调制器。因此，在光通信向着微小化、集成化发展的大趋势下，基于自准直效应的二维光子晶体光强调制器件能够很好地满足集成光学中的低频光强调制的要求。本实用新型就是基于以上构思而提出的。本实用新型的工作原理如下所述外加电压能使液晶分子的指向矢发生改变，5CB液晶的正常折射率11。=1. 522，反常折射率ne=l. 706。随外加电压由OV到5V不同，5CB液晶的折射率在Iitl到间递增变化。当填充于某一干涉臂上的液晶折射率发生变化时，两条光路上的光由于干涉而出现光强的变化。实施方式如
图1和图2, —种光强调制器,包括孔型娃基光子晶体1、5CB液晶2、两个透明导电膜层3、两个外接电压接线点4和两个包层玻璃5。所述孔型硅基光子晶体I上分布着方形周期性排列的空气孔，这些空气孔直径不同，分别用作分束结构6、反射结构7和自准直结构8。所述5CB液晶2填充于图中所示的一支干涉臂上的自准直区域9、10、11中的空气孔内；所述两个包层玻璃5分别处于垂直空气孔的两侧；所述两个透明导电膜层3直接镀附在两个包层玻璃内侧；所述两个外接电压接线点4分别与两个导电膜层3连接。外部所加电压通过接线点施加在两个透明导电膜层3上。[0020]本实施例中二维光子晶体为空气孔型硅基光子晶体，空气孔按照方形晶格排列，晶格周期为0.272 μ m。所述分束结构6由一排23个半径0.133 μ m的空气孔构成；所述反射结构7由三排半径0.16μπι的空气孔构成，每排分别为23个、21个、19个空气孔；其余的空气孔半径为0.09 μ m,即所述的自准直结构8。两干涉臂的长度U、L2分别为L^Ln+Ln+LoK^.e^ + 7.89λ/2 +13.6>/2 )^,L2=7.89V2 μιη。本光强调制器的工作波长为光通信所用波长，λ =1.55 μ m。本实用新型的操作步骤1、对应输入激光波长本实施例所对应的激光波长为常用通信用波长1.55 μ m,从而能与现有成熟的光通信技术兼容，快速投入到光通信中。2、操作过程本实用新型操作简单。激光从左端箭头所示处入射到分束结构6，经分束结构6后分为两束相干光。其中一束光经由空气孔光子晶体自准直传播到另一端的分束结构；另一束光被分束结构反射后，经过填充有液晶的孔型光子晶体，并经过反射结构7反射两次后，与前一束光在另一端的分束结构6上干涉后沿OUTl端或者0UT2端继续无衍射自准直传播。外部电压信号通过电压接线点4接入，作用在透明导电膜层3 (ΙΤ0层)上，外部电压通过透明导电膜层(ΙΤ0层)施加到填充于空气孔中的液晶上。当外加电压为零时，液晶呈现出正常折射率，光束在OUTl端有最强的输出，0UT2端有最弱的输出；当外加电压逐时增大时液晶折射率也会变大，导致两光束相位差变化，从而引起0UT1、0UT2端出射光光强的变化。在整个变化过程中，OUTl端和0UT2端的出射光光强是互补的，可以根据实际需要选用端口。综上所述，本实用新型提出的基于自准直的光强调制器，通过将调制电压加在液晶两侧起到改变液晶折射率的作用，进而影响干涉光路的相位差，从而引起出射光光强随调制电压信号的变化。由于液晶指向矢转向的响应时间在微秒级，所以要求电压信号的变化时间满足液晶的响应时间。调整信号电压在(T5V间变化便可以获得调制的光信号输出。本实用新型可广泛的应用于光通信和集成光学领域。这里本实用新型的描述和应用是说明性的，并非想将本实用新型的范围限制在实施例中。实施例中的变形和改变是可能的，对那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本实用新型的精神或本质特征的情况下，本实 用新型可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本实用新型范围和精神的情况下，可以对上述实施例进行其它变形和改变。
权利要求1.一种基于自准直效应的二维光子晶体光强调制器，其特征在于:所述光强调制器包括孔型硅基光子晶体(1)、5CB液晶(2)、透明导电膜层(3)、外接电压接线点(4)和包层玻璃(5)，其中，所述孔型硅基光子晶体(1)由分束结构(6)、反射结构(7)和位于二者之间的自准直结构(8 )构成，自准直结构(8 )包括三个自准直区域(9、10、11)。
2.根据权利要求1所述的一种基 于自准直效应的二维光子晶体光强调制器，其特征在于:设晶格周期为a，则分束结构(6)的空气孔孔径为1.46a^l.48a，反射结构(7)的空气孔孔径为1.70a 1.80a,自准直结构(8)的空气孔孔径为0.33a 0.34a。
3.根据权利要求1所述的一种基于自准直效应的二维光子晶体光强调制器，其特征在于:设晶格周期为a，则所述孔型硅基光子晶体(I)的工作波长为5.69a^5.7a。
4.根据权利要求1所述的一种基于自准直效应的二维光子晶体光强调制器，其特征在于:所述自准直区域(9、10、11)的空气孔内填充有5CB液晶(2)。
5.根据权利要求1所述的一种基于自准直效应的二维光子晶体光强调制器，其特征在于:所述包层玻璃(5)有两个，分别位于孔型硅基光子晶体(I)垂直空气孔的两侧。
6.根据权利要求1所述的一种基于自准直效应的二维光子晶体光强调制器，其特征在于:所述透明导电膜层(3)直接镀附在包层玻璃(5)靠近孔型硅基光子晶体(I)的一侧，同孔型娃基光子晶体(I)相接触。
7.根据权利要求1所述的一种基于自准直效应的二维光子晶体光强调制器，其特征在于:所述外接电压接线点(4)位于包层玻璃(5)的内侧面，同透明导电膜层(3)相连接。
8.根据权利要求1所述的一种基于自准直效应的二维光子晶体光强调制器，其特征在于:所述5CB液晶(2)的折射率随着外加电压的变化而变化，两束光干涉后出射。
专利摘要本实用新型提供了一种基于自准直效应的二维光子晶体光强调制器，属于光通信应用技术领域，尤其适用于光通信中的集成光学领域。所述光强调制器包括孔型硅基光子晶体、5CB液晶、透明导电膜层、外接电压接线点和两个包层玻璃。其中，孔型硅基光子晶体的部分孔中填充5CB液晶，包层玻璃覆盖于光子晶体中垂直于空气孔的两侧，透明导电膜层直接镀附在包层玻璃内侧，外接电压接线点与透明导电膜层连接，外加电压通过接线点施加在透明电极上。本实用新型结构简单，体积小巧，光在其中自准直传播使调制后的光束易于无衍射损耗地传输至下一光学器件，插入损耗很小。
文档编号G02F1/13GK202916550SQ201220653770
公开日2013年5月1日 申请日期2012年11月30日 优先权日2012年11月30日
发明者蒋强, 梁斌明, 胡艾青, 胡水兰, 张磊, 湛胜高, 朱幸福 申请人:上海理工大学