一种光子晶体环形腔太赫兹滤波器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明是一种新型光子晶体环形腔太赫兹滤波器，采用包含单个正方形介质块的新型环形腔结构，涉及太赫兹波通信与光信息处理的技术领域。
【背景技术】
[0002]太赫兹波(Terahertz，THz)通常是指0.1THz到1THz波段的电磁波，它是最后一个未被全面认识与利用的频率窗口。THz波的特殊电磁波谱位置赋予它很多优越的特性。将光子晶体技术和THz技术相结合能够设计出满足未来THz通信需求的滤波器。相较于传统THz滤波器基于光子晶体的THz滤波器具有很多优势，同时还具有波长选择、噪声滤除、增益均衡等作用，因此它在THz通信中具有很好的应用前景。
[0003]而在THz通信中，光子晶体THz滤波器常常由两种方法实现，一种是在光子晶体中引入点缺陷实现滤波，该种滤波器的功能类似于波分解复用器，与传统意义上的滤波器差别很大，插入损耗较大，因此该种滤波器无法满足高速THz通信的要求；而另一种是通过在复杂结构光子晶体中引入合适的点缺陷与相应线缺陷实现的，现有的该种滤波器至多能够实现双波长滤波，此时若想实现更多波长的滤波，只能将这种滤波器进行串接，但是这会对滤波效率产生很大影响。而光子晶体环形腔相对于点缺陷来说，尺度变化的范围大，结构设计较灵活，可以根据实际情况进行灵活设计，因此，对光子晶体环形腔的探索研宄具有非常重要的意义和前景。
[0004]在光子晶体环形腔中，腔结构与波导的耦合作用受腔的结构和介质柱的折射率影响，增大或者减小腔内介质柱的尺寸与旋转角度，输出波导输出的波长也不同。波导和谐振腔之间靠近波导边缘的介质柱的排列的改变也可以提高波导和谐振腔的谐振波长和耦合效率，是提高光子晶体滤波器的效率的有效方法。
【发明内容】
[0005]技术问题:本发明的目的是提供一种光子晶体环形腔太赫兹滤波器。通过分析环形腔不同结构参数对透射谱的影响，改变散射介质柱和内部正方形介质块的边长及旋转角度，达到最佳滤波效果，Q值高，透过率也高。
[0006]技术方案:本发明的光子晶体环形腔太赫兹波滤波器包括二维正方晶格结构光子晶体(I)、输入波导、散射介质柱、环形腔、单个正方形介质块、输出波导；其中，二维正方晶格结构光子晶体是沿X-Z平面周期性分布的介质柱型硅光子晶体；在二维正方晶格结构光子晶体中移除一排介质柱构成输入波导；在二维正方晶格结构光子晶体中设有环形腔；环形腔包括单个内部正方形介质块和散射介质柱两个部分；单个正方形介质块顺时针旋转一倾斜角度；环形腔与输入波导和输出波导各间隔两排介质柱。
[0007]所述输入波导的左端是输入端，信号光是高斯波从输入波导的左端输入，从输出波导的底端输出。
[0008]所述环形腔的内部是由单个正方形介质块构成，并且在这基础上顺时针旋转一锐角角度，在环形腔的四周有四个散射介质柱，使进入环形腔的光波能够更有效的传播。
[0009]以高斯波作为入射波，在输入波导中与环形腔发生耦合作用，通过调节环形腔的结构能够使某些特定光波进入负载波导，起到选择光波的作用。
[0010]有益效果:本发明提出的一种新型光子晶体环形腔太赫兹滤波器。此滤波器在二维正方晶格硅介质柱型光子晶体中，将线缺陷波导区、环形腔和输入波导相结合，其中波导区提供了太赫兹波在光子晶体中的有效传输路径，通过调节环形腔的结构能够使某些特定光波进入下载波导，起到选择光波的作用。通过改变散射介质柱和内部正方形介质柱的边长及旋转角度，从而提高了滤波器的滤波性能。此结构的光子晶体滤波器可灵活改变正方晶格光子晶体的各种参数、环形腔的结构和大小、内部正方形介质柱的边长及旋转角度和散射介质柱的尺寸等，因此可以根据需要设计出不同工作波长的滤波器。
【附图说明】
[0011]图1为本发明的一种光子晶体环形腔太赫兹滤波器的结构图，
[0012]图中有:二维正方晶格结构光子晶体1、输入波导2、散射介质柱3、环形腔4、单个正方形介质块5、输出波导6。
[0013]图2为当使用Pulse波源打入THz波时，得出该滤波器的透射谱。
[0014]图3a为波长为94.053 μm的光波入射时的时域稳态响应图，
[0015]图3b为对应的稳态场强分布图。
【具体实施方式】
[0016]为了适应高速率、超宽带太赫兹波通信系统的发展，我们提出了一种新型的光子晶体环形腔太赫兹滤波器，使其工作在太赫兹波段，具有实际的应用价值。我们采用波导和环形腔相结合的结构，实现对波长为94.053 μπι的滤波，透过率为0.98556，插入损耗为0.063dBo
[0017]本发明一种新型光子晶体环形腔太赫兹滤波器包括正方晶格硅光子晶体、输入波导、环形腔、输出波导；其中，正方晶格光子晶体是沿X-Z平面呈正方形周期性分布在空气中的硅介质柱型光子晶体，在其中间引入线缺陷构成输入波导，在输入波导下方相隔两排介质柱引入一个内部介质柱是旋转一定角度的正方形介质柱，且四周带有四个散射介质柱的环形腔，输出波导位于环形腔下方相隔两排介质柱；太赫兹波从输入波导的左端输入，从输出波导的底端输出。
[0018]信号光是波长为94.053 μ m的太赫兹波，太赫兹波从输入波导的左端输入，从输出波导的底端输出。
[0019]本发明一种新型环形腔THz波单波长滤波器的滤波原理是:当所有频率的光波由输入端口左端输入时，只有带隙内的频率的光波才可以在光子晶体波导中传播，而其他频率的光波由于反射、散射或者损耗作用而无法在波导内传播。当光波到达环形谐振腔时，因为谐振腔的局域选频作用，只有符合腔内的谐振频率的光波才可以产生共振，并耦合进入环形谐振腔，继而得以输出，否则将从输入波导的右端输出。
[0020]具体参数为:晶格常数A = 30 μ m，介质柱半径R = 5.1575 μ m，娃介质折射率η =3.4;环形腔内部单个正方形介质柱边长L为92 μπι且顺时针旋转6°，其折射率n' =3.4;散色介质柱半径Rl = 5 μπι。
【主权项】
1.一种光子晶体环形腔太赫兹波滤波器，其特征在于该光子晶体环形腔太赫兹滤波器包括二维正方晶格结构光子晶体(I)、输入波导(2)、散射介质柱(3)、环形腔(4)、单个正方形介质块(5)、输出波导(6);其中，二维正方晶格结构光子晶体(I)是沿X-Z平面周期性分布的介质柱型娃光子晶体；在二维正方晶格结构光子晶体(I)中移除一排介质柱构成输入波导(2);在二维正方晶格结构光子晶体(I)中设有环形腔(4);环形腔包括单个内部正方形介质块(5)和散射介质柱(3)两个部分；单个正方形介质块(5)顺时针旋转一倾斜角度；环形腔(4)与输入波导(2)和输出波导(6)各间隔两排介质柱。2.根据权利要求1所述的一种光子晶体环形腔太赫兹波滤波器，其特征在于所述输入波导(2)的左端是输入端，信号光是高斯波从输入波导(2)的左端输入，从输出波导(6)的底端输出。3.根据权利要求1所述的一种光子晶体环形腔太赫兹波滤波器，其特征在于所述环形腔(4)的内部是由单个正方形介质块(5)构成，并且在这基础上顺时针旋转一锐角角度，在环形腔的四周有四个散射介质柱(3)，使进入环形腔的光波能够更有效的传播。
【专利摘要】本发明是一种光子晶体环形腔太赫兹波滤波器，其特征在于该光子晶体环形腔太赫兹滤波器包括二维正方晶格结构光子晶体1、输入波导2、散射介质柱3、环形腔4、单个正方形介质块5、输出波导6；其中，二维正方晶格结构光子晶体1是沿X-Z平面周期性分布的介质柱型硅光子晶体；在二维正方晶格结构光子晶体1中移除一排介质柱构成输入波导2；在二维正方晶格结构光子晶体1中设有环形腔4；环形腔包括单个内部正方形介质块5和散射介质柱3两个部分；单个正方形介质块5顺时针旋转一定角度；环形腔4与输入波导2和输出波导6各间隔两排介质柱。
【IPC分类】G02B6/122, G02B6/12
【公开号】CN104932056
【申请号】CN201510357765
【发明人】陈鹤鸣, 倪媛, 季珂
【申请人】南京邮电大学
【公开日】2015年9月23日
【申请日】2015年6月25日