一种反常色散的单腔双通道光子晶体滤波器的制作方法

本实用新型属于光子晶体滤波器技术领域，具体涉及一种反常色散的单腔双通道光子晶体滤波器。

背景技术：

近年来关于光子晶体的研究发展十分迅速，光子晶体的应用也涉及高品质因数微谐振腔的制造、大规模光学集成回路等诸方面，前景非常广阔。同时随着大容量、高密度光通信技术的发展，人们希望能够研制出通带非常窄的窄带光滤波器，同时在光学精密测量方面也不断希望有更窄的窄带滤波技术。因此发展超窄带滤波技术对国民经济和科学研究都具有重要意义。

光子晶体的研究虽然涉及了很多的方面，应用领域也很广阔，并且光子晶体最突出的优点是它由纯介质构成，因而对光几乎无损耗。但是，目前大部分的光子晶体滤波器都是由两种正折射率材料介质膜交替分布的周期结构，随着周期数的增大，利用传输矩阵法数值仿真出的光子晶体滤波器透射峰越来越狭窄，而且对于多周期数的光子晶体滤波器，当平面波以不同的角度入射时，正折射率材料组成的光子晶体随着角度的增大，透射峰的峰位向同一方向改变，但因为只有一个透射峰，不能实现单腔双通道滤波，也很难出现很窄的带宽。因此，目前的光子晶体滤波器无法很好地实现双通道及超窄带宽等特点。

技术实现要素：

本实用新型解决的技术问题是提供了一种反常色散的单腔双通道光子晶体滤波器，该光子晶体滤波器能够有效解决普通光子晶体滤波器难以实现双通道和超窄带宽的问题，进而提高了光子晶体滤波器的滤波性能。

本实用新型为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种反常色散的单腔双通道光子晶体滤波器，包括衬底，其特征在于：所述的衬底上生长有由横向正中部位向两侧交替排布且纵向长度与衬底纵向长度一致的B介质和A介质，其中A介质为掺杂量子点的反常色散材料，该量子点的介电常数为2.56，B介质为正折射率材料。

进一步优选，所述的衬底上AB介质单元及BA介质单元的周期数N均为8。

进一步优选，所述的A介质的厚度d_A＝70nm，B介质的厚度d_B＝200nm。

进一步优选，所述A介质中量子点的体积浓度为η₁＝0.005、η₂＝0.01或η₃＝0.015。

本实用新型与现有技术相比具有以下有益效果：通过对透射光谱图的分析可知本实用新型反常色散的单腔双通道光子晶体滤波器出现了两个透射峰，很好地实现了单腔双通道滤波，并且随着周期数N的增大，透射光谱的半高宽越来越窄，两透射峰的间隔随着周期数N的增大而减小；通带内光的透射率达99.9％以上，而在窄通带以外的很宽的波段内是光子禁带，光的透过率小于0.01％，因而本实用新型的光子晶体滤波器具有其它类光学滤波器所不具备的单腔双通道、高透射及超窄带宽等优点，进而表明本实用新型的反常色散的单腔双通道光子晶体滤波器优于普通的光学滤波器。

附图说明

图1为反常色散的单腔双通道光子晶体滤波器的结构示意图；

图2为不同量子点掺杂浓度下介电常数ε的实部与虚部图；

图3为掺杂量子点体积浓度η＝0.01、周期数分别为4、6、8时的透射光谱曲线；

图4为掺杂量子点体积浓度η＝0.01、周期数为8、不同小角度入射时的透射光谱曲线；

图5a、5b为掺杂量子点体积浓度为η₁＝0.005、η₂＝0.01、η₃＝0.015情况下对应的介电常数实部的精细图及周期数为8的透射光谱曲线。

具体实施方式

结合附图详细描述本实用新型的具体内容。在图1中，一种反常色散的单腔双通道光子晶体滤波器为一维带缺陷的光子晶体结构，包括正折射率材料A和反常色散材料B交替生长在衬底上，中间周期性结构被打破，换成了B介质和A介质交替生长，这是一种具有缺陷的一维多孔硅光子晶体，结构简式(AB)^N(BA)^N，两侧的介质单元(AB或BA)的周期数为N，A介质的厚度d_A＝70nm，B介质的厚度d_B＝200nm，让一个平面波在真空中以θ角入射到带缺陷的一维光子晶体上，而且多层结构平行于x-y平面，波沿着z轴垂直入射。对于TE波和TM波，其示意图如图1所示。

运用简化法使量子点通过一个介电常数的二级线性进行建模，

用有效介电常数的方法去处理掺杂一定浓度η的量子点。因此，掺杂过有效介电常数的量子点填充了多孔硅的孔隙

量子点的极化率α(ω)

共振频率ω₀a/2πc＝0.255，a＝d_A+d_B，振子强度ω_p＝0.8ω₀，阻尼常数γ＝0.01ω₀，掺杂量子点的体积浓度分别为η1＝0.005、η2＝0.01和η3＝0.015，数值仿真得出了介电常数ε的实部与虚部图，即为图2。图中横坐标△v为中心频率差，通过对图2中3种浓度之间的对比分析出一个最合适的浓度，即η＝0.01；然后找出在此浓度下介电常数ε实部的最低点(拐点)，对η＝0.01并且在拐点处通过传输矩阵法数值模拟出周期数为4、6、8的透射光谱图，便得到了图3；图3给出的透射光谱图上，每个周期的光子晶体都出现了两个峰，其中右侧的透射峰是反常结构内的正常峰，左侧的则是反常结构内的反常峰，从图上可以看出，随着周期数N的增大，透射谱的半高宽越来越窄，并且两透射峰的间隔随着周期数 N的增大而减小，并且透射率很大，具有其它类光学滤波器所不具备的高透射、超窄带宽等优点。为了观察两个透射峰峰位的变化，利用传输矩阵法数值仿真了量子点浓度η＝0.01、周期数为8、不同小角度入射时的透射光谱图，如图4所示，随着角度的增大，反常结构的两个透射峰峰位向相反方向改变，这就进一步说明了透射谱线宽窄的特点。为了进一步的观察反常结构透射峰峰位的变化，接着又利用传输矩阵法数值仿真了掺杂量子点体积浓度分别为η1＝0.005、η2＝0.01和η3＝0.015下对应的介电常数ε实部的精细图及周期数为8 的透射光谱图，如图5所示。图5(a)表示的是三种浓度下的介电常数ε实部的精细图，三个小圆圈分别代表三种浓度下介电常数ε的拐点，图5(b)则是三种浓度下周期数为8 的反常色散结构的透射谱图，这个精细图更加凸显了浓度变化对透射峰峰位的变化。

以上实施例描述了本实用新型的基本原理、主要特征及优点，本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型原理的范围下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进均落入本实用新型保护的范围内。