专利名称：利用光子晶体平板Fano共振效应实现密集波分复用的方法
技术领域：
本发明涉及光通信技术、光子晶体波分复用技术、光学滤波技术、光子集成技术领域，特别涉及一种利用光子晶体平板Fano共振效应实现光学滤波实现光波分复用的方法。
背景技术：
波分复用技术是将不同波长的信号合波,在同一光纤上实现多路信道同时传输。波分复用/复用器件是波分复用技术中最为关键的部件，它将不同波长的信号汇合到一根光纤或从多路信号中筛选出特定的波长。在目前实际应用的波分复用系统中，主要有光栅型光波分复用器和介质膜滤波器型光波分复用器。传统的光栅波分复用器普遍采用闪耀光栅，但其制作困难，分光系统结构复杂，成本高；Robert ff. Johnson等提出在玻璃衬底上交错生长多层二氧化硅和二氧化钛薄膜，得到温度稳定性比较好的特定波长的透过型窄带滤波器。刘海山等人提出利用一维的光子晶体结构实现窄带滤波器，以应用于密集波分复用。但无论是干涉型多层介质膜滤波器型波分复用器还是一维光子晶体型滤波器型波分复用器，均需要在衬底上蒸镀多层介质膜，装配时间长，且器件的损耗与成本与复用的信道数成正比。二维光子晶体平板中的Fano共振是一种共振的散射效应，具体是由光子晶体平板中的共振散射机制与背景空气之间产生的干涉效应。在透过谱或者反射谱上直接表现为非对称的曲线形状，即为Fano共振曲线。在共振点两侧分别具有反射率最高点及透射率最高点。如图4所示，利用光子晶体平板的这种Fano共振效应可以同时实现反射型的窄带滤波器和透射型的窄带滤波器。通过调节光子晶体平板的参数，可以调节滤波器的线宽及间距。只需要一层光子晶体平板，结构简单，容易制作。利用这些优点，可以将两路信号通过反射滤波和透射滤波的方法，实现光子晶体平板结构密集波分复用器。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种利用光子晶体平板Fano共振效应实现密集波分复用的方法，其是利用光子晶体平板Fano共振效应实现波分复用的方法。通过研究透过谱上Fano共振峰与光子晶体参数、能带结构的关系，获得了在Fano共振波长附近分别具有全反射率与全透射率的模式。两路信号光以一定角度入射到光子晶体平板，分别被全反射和全透射，在空间上将两路信号光分开，从而实现光波复用。通过调节光子晶体参数，将两路中心波长间隔很近的信道分开，可以方便应用于密集波分复用技术中的复用器件。为达到上述目的，本发明提供了一种光波分复用光路系统，该系统包括一第一调谐激光器、一分束镜、一第一耦合光纤4、一准直透镜、一样品台和一光谱分析仪，所述第一调谐激光器、分束镜、第一耦合光纤、准直透镜、样品台、第二耦合光纤和第二光谱分析仪位于同一主光路上，该样品台可旋转；—第二调谐激光器，位于主光路上分束镜的一侧；
一第一光谱分析仪，位于主光路上样品台的一侧，在所述第一光谱分析仪和样品台之间有一第三稱合光纤；其中，由第一调谐激光器和第二调谐激光器产生两路单色光经分束镜、第一耦合光纤耦合到同一条单模光纤中，经准直透镜准直后斜入射到放在样品台的样品上，由第二耦合光纤和第三耦合光纤分别将透射光和反射光耦合到第一光谱分析仪和第二光谱分析仪，进行光谱分析。本发明还提供一种利用光子晶体平板Fano共振效应实现密集波分复用的方法，该方法是采用前述的光波复用光路系统，该方法包括如下步骤
步骤I :取一样品，在样品上制作空气孔阵列，形成四方晶格或者三角晶格硅材料的光子晶体平板；步骤2 :将一样品放在样品台上，该样品台可旋转角度；步骤3 :由第一调谐激光器和第二调谐激光器发出一光束，经由第一分束镜、第一耦合光纤耦合到同一条单模光纤中，经准直透镜准直后入射到放在样品台上的样品上；步骤4 :由第二稱合光纤和第三稱合光纤分别将透射光和反射光稱合到第一光谱分析仪和第二光谱分析仪中；步骤5 :该第一光谱分析仪和第二光谱分析仪进行光谱分析。本发明利用二维光子晶体平板的Fano共振效应将两路中心波长间隔很小的信道在空间上分波，实现光波复用。器件结构简单，用微加工工艺容易实现，制作成本低廉；器件尺寸小，可方便应用于光集成及波分复用光通信网络。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明，其中图I为本发明的二维光子晶体平板密集波分复用器件结构示意图；图2为本发明的二路信道密集波分复用光路系统示意图；；图3为本发明的两路调谐激光器产生的激光合波之后的光谱。图4为本发明的二维光子晶体平板在45度角斜入射时在信号波长段的透过谱和反射谱；图5为本发明由第一光谱分析仪采集的透射光谱。图6为本发明由第二光谱分析仪采集的反射光谱。
具体实施例方式请参阅图I至图2所示，本发明提供一种光波分复用光路系统，该系统包括—第一调谐激光器I、一分束镜3、一第一稱合光纤4、一准直透镜5、一样品台6和一光谱分析仪10,所述第一调谐激光器I、分束镜3、第一稱合光纤4、准直透镜5、样品台6、第二稱合光纤7和第二光谱分析仪10位于同一主光路上,该样品台6可旋转；一第二调谐激光器2，位于主光路上分束镜3的一侧；—第一光谱分析仪9，位于主光路上样品台6的一侧，在所述第一光谱分析仪9和样品台6之间有一第三稱合光纤8 ；
其中，由第一调谐激光器I和第二调谐激光器2产生两路单色光经分束镜3、第一耦合光纤4耦合到同一条单模光纤中，经准直透镜5准直后斜入射到放在样品台6的样品上，由第二耦合光纤7和第三耦合光纤8分别将透射光和反射光耦合到第一光谱分析仪9和第二光谱分析仪10，进行光谱分析。其中该波分复用光路系统工作在光通信波段。其中所述光子晶体平板波分复用系统采用的样品100只用一层光子晶体平板就可以实现波分复用。
请参阅图I至图6所示，本发明还提供一种利用光子晶体平板Fano共振效应实现密集波分复用的方法，该方法是采用前述的光波复用光路系统，该方法包括如下步骤步骤I :取一样品100，在样品100上制作空气孔阵列101，形成四方晶格或者三角晶格娃材料的光子晶体平板；步骤2 :将一样品100放在样品台6上,该样品台6可旋转角度；步骤3 由第一调谐激光器I和第二调谐激光器2发出一光束，经由第一分束镜3、第一耦合光纤4耦合到同一条单模光纤中，经准直透镜5准直后入射到放在样品台6上的样品上，其中第一调谐激光器I第二调谐激光器2是通信波段的调谐激光器，所述经准直透镜5准直后入射到放在样品台6上的入射光是斜入射光，所述第一调谐激光器I和第二调谐激光器2中心波长分别为光子晶体平板透过谱上Fano共振最大反射率波长和最大透射率波长，所述第一调谐激光器I和第二调谐激光器2产生的激光中心波长间隔小于Inm ；步骤4 :由第二稱合光纤7和第三稱合光纤8分别将透射光和反射光稱合到第一光谱分析仪9和第二光谱分析仪10中；步骤5 :该第一光谱分析仪9和第二光谱分析仪10进行光谱分析。平板采用微纳加工方法实施例请参阅图1，二维四方晶格的硅基光子晶体平板采用微纳加工方法加工得到。步骤如下先在二氧化硅材料102上生长681nm厚的单晶硅100，再在100表面刻蚀出直径为510nm,孔深为681nm,周期为851nm的四方晶格光子晶体101 ;最后用氢氧化钠将刻有光子晶体图形大小面积的底层二氧化硅腐蚀得到单层光子晶体平板。实验系统实施例请参阅图2，本发明提供的采用光子晶体平板的Fano共振效应实现光波复用方法的实验系统包括—第一调谐激光器I、一分束镜3、一第一稱合光纤4、一准直透镜5、一样品台6和一光谱分析仪10,所述第一调谐激光器I、分束镜3、第一稱合光纤4、准直透镜5、样品台6、第二稱合光纤7和第二光谱分析仪10位于同一主光路上,该样品台6可旋转；一第二调谐激光器2，位于主光路上分束镜3的一侧；一第一光谱分析仪9，位于主光路上样品台6的一侧，在所述第一光谱分析仪9和样品台6之间有一第三稱合光纤8 ；请参阅图2和图3，本发明采用的信号光由中心波长分别为1549nm和1550nm的脉宽为0. 2nm的第一调谐激光器I和第二调谐激光器产生，再由分束镜3经第一稱合光纤4合波为同一光束，合波后得到的光谱如图3所示横轴为波长，纵轴为归一化的激光光强。由第一I禹合光纤4输出的光再由准直透镜5准直，以45度角斜入射在样品台6上的样品表面，透射光和反射光由第二稱合光纤7和第三稱合光纤8分别稱合到第一光谱分析仪9和第二光谱分析仪10，进行光谱分析。请参阅图4，图4是理论计算得到的入射光波以45度角照射到样品台6上的样品后的反射谱。从中可以看到，对于中心波长为1549nm的信号光，反射最强，而对于中心波长为1550nm的信号光，透射最强。最强透射率和最强反射率均接近百分之百。样品放在可微调角度的样品台6上，可以通过调节样品的倾斜度来调整入射光角度。请参阅图4、图5和图6，从准直透镜输出的光(如图4)入射到样品台6上的样品后，经样品反射和透射的光分别由第一光谱分析仪9和第二光谱分析仪10采集分析，得到如图5和图6分别所示的透射光谱和反射光谱。从图5中可以看出，由第一调谐激光器I 和第二调谐激光器2合波后的光谱(如图4)经样品台6上的样品透射后在透射谱中只有中心波长为1550nm的光，经反射后的反射谱中只有1549nm的光，从而实现了波分复用。以上所述，仅是本发明的实施例而已，并非对本发明作任何形式上的的限制，凡是依据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案范围之内，因此本发明的保护范围当以权利要求书为准。
权利要求
1.ー种光波分复用光路系统，该系统包括 一第一调谐激光器、一分束镜、一第一耦合光纤、一准直透镜、一祥品台和一光谱分析仪，所述第一调谐激光器、分束镜、第一耦合光纤、准直透镜、样品台、第二耦合光纤和第二光谱分析仪位于同一主光路上，该样品台可旋转； 一第二调谐激光器，位于主光路上分束镜的ー侧； 一第一光谱分析仪，位于主光路上样品台的ー侧，在所述第一光谱分析仪和样品台之间有ー第三稱合光纤； 其中，由第一调谐激光器和第二调谐激光器产生两路単色光经分束镜、第一耦合光纤耦合到同一条单模光纤中，经准直透镜准直后斜入射到放在样品台的样品上，由第二耦合光纤和第三耦合光纤分别将透射光和反射光耦合到第一光谱分析仪和第二光谱分析仪，迸行光谱分析。
2.根据权利要求I所述的光波分复用光路系统，其中该波分复用光路系统工作在光通信波段。
3.根据权利要求I所述的光波分复用光路系统，其中所述光子晶体平板波分复用系统采用的样品只用ー层光子晶体平板就可以实现波分复用。
4.ー种利用光子晶体平板Fano共振效应实现密集波分复用的方法，该方法是采用如权利要求I所述的光波复用光路系统，该方法包括如下步骤 步骤I :取一祥品，在样品上制作空气孔阵列，形成四方晶格或者三角晶格硅材料的光子晶体平板； 步骤2 :将ー样品放在样品台上，该样品台可旋转角度； 步骤3 :由第一调谐激光器和第二调谐激光器发出一光束,经由第一分束镜、第一I禹合光纤耦合到同一条单模光纤中，经准直透镜准直后入射到放在样品台上的样品上； 步骤4 由第二耦合光纤和第三耦合光纤分别将透射光和反射光耦合到第一光谱分析仪和第二光谱分析仪中； 步骤5 :该第一光谱分析仪和第二光谱分析仪进行光谱分析。
5.根据权利要求4所述的利用光子晶体平板Fano共振效应实现密集光波分复用的方法，其中第一调谐激光器第二调谐激光器是通信波段的调谐激光器。
6.根据权利要求4所述的利用光子晶体平板Fano共振效应实现密集光波分复用的方法，其中经准直透镜准直后入射到放在样品台上的入射光是斜入射光。
7.根据权利要求5所述的利用光子晶体平板Fano共振效应实现密集光波分复用的方法，其中所述第一调谐激光器和第二调谐激光器中心波长分别为光子晶体平板透过谱上Fano共振最大反射率波长和最大透射率波长。
8.根据权利要求5所述的利用光子晶体平板Fano共振效应实现密集光波分复用的方法，其中所述第一调谐激光器和第二调谐激光器产生的激光中心波长间隔小于lnm。
全文摘要
一种利用光子晶体平板Fano共振效应实现密集波分复用的方法，其中光波分复用光路系统包括一第一调谐激光器、一分束镜、一第一耦合光纤、一准直透镜、一样品台和一光谱分析仪，所述第一调谐激光器、分束镜、第一耦合光纤、准直透镜、样品台、第二耦合光纤和第二光谱分析仪位于同一主光路上，该样品台可旋转；一第二调谐激光器，位于主光路上分束镜的一侧；一第一光谱分析仪，位于主光路上样品台的一侧，在所述第一光谱分析仪和样品台之间有一第三耦合光纤；其中，由第一调谐激光器和第二调谐激光器产生两路单色光经分束镜、第一耦合光纤耦合到同一条单模光纤中，经准直透镜准直后斜入射到放在样品台的样品上，由第二耦合光纤和第三耦合光纤分别将透射光和反射光耦合到第一光谱分析仪和第二光谱分析仪，进行光谱分析。
文档编号G02B6/293GK102684809SQ20111040536
公开日2012年9月19日 申请日期2011年12月8日 优先权日2011年12月8日
发明者李成果, 许兴胜, 高永浩 申请人:中国科学院半导体研究所