专利名称：一种基于波导型光子晶体微腔的下路解复用滤波器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种波分复用集成光器件，特别是涉及一种超紧凑的基于波导型光子晶体微腔的下路解复用滤波器。
背景技术：
随着现代人类社会对通信需求的日益增长，光纤互连技术也不断朝着高容量、大带宽和集成化方向发展。光通信和互连的距离包含从远到数千公里近到最近兴起的同一芯片上集成的甚短距离光互连系统。光纤通信技术中广泛使用的光波分复用(WDM)技术，能便捷有效的增加系统带宽容量，提升系统的整体性能。对于片上光互连技术来讲，密集波分复用是一种更加关键的技术，它能使在有限的芯片面积上实现低功耗和大容量的数据通信和互连。同时，片上光互连也对波分复用器件的尺寸和功耗提出了更高的要求。然而采用传统技术制作的波分复用器件，诸如微环谐振器，光栅等器件普遍存在尺寸较大等问题，不 利于片上大规模的集成。采用光子晶体可以实现较为紧凑的波分复用器件，但是目前提出的一些结构都是基于二维光子晶体或二维光子晶体平板的结构，其实际的尺寸与微环等滤波器件相当，在尺寸上不具有高密度集成的优势。实际制作的二维光子晶体波分复用器件存在诸如难于和传统波导耦合，光子晶体波导损耗和色散较大，分辨率较低等问题，难以符合片上密集波分复用系统对尺寸和功耗的要求。此外，在基于二维光子晶体的结构中由于晶格的周期性，使得基于二维光子晶体的应用设计受到这种周期性的限制，因此设计出的器件常常难以制作实现。因此，研制出尺寸更小、功耗更低、易于集成和制作的波分复用器件是今后发展片上集成光互连技术的重要而有意义的工作。
发明内容
本发明的目的在于提供一种紧凑的基于波导型光子晶体微腔的下路解复用滤波器。本发明采用的技术方案是包括总线波导、下路波导、下路波导微腔、反射波导微腔、第一耦合区、第二耦合区、第三耦合区；下路波导与下路波导微腔间的耦合区为第一耦合区，总线波导与下路波导微腔的耦合区为第二耦合区，反射波导微腔与总线波导的耦合区为第三耦合区；下路波导微腔与反射波导微腔的谐振频率相同；下路波导微腔向下路波导的耦合速率是下路波导微腔向总线波导耦合速率的二倍；下路波导微腔和反射波导微腔向总线波导的耦合速率相同；下路波导微腔中央与反射波导微腔中央之间总线波导的长度应为使得下路波导微腔和反射波导微腔谐振频率处的光在总线波导上传播产生的相位差为(m+1/2) Ji，其中m为整数；下路波导微腔与反射波导微腔均由制作在波导上的一维光子晶体微腔构成，包含位于微腔中央的渐变晶格常数区和位于渐变晶格常数区两侧的周期晶格常数区。
所述的位于第二耦合区的下路波导微腔和位于第三耦合区的反射波导微腔分别位于同一平面内总线波导的同侧，但下路波导微腔和反射波导微腔之间无直接耦合。所述的位于第二耦合区的下路波导微腔和位于第三耦合区的反射波导微腔分别位于同一平面内总线波导的两侧。对于所述的第二耦合区的下路波导微腔和位于第三耦合区的反射波导微腔均与总线波导在同一平面的情况下，第二耦合区和第三耦合区结构分别为总线波导上的波导弯曲区与下路波导微腔和反射波导微腔的中央区域邻近耦合构成。所述的下路波导、下路波导微腔和反射波导微腔位于同一平面上，总线波导位于与下路波导、下路波导微腔和反射波导微腔所在平面平行的平面上；总线波导与下路波导微腔中央的垂直耦合区为第二耦合区，总线波导与反射波导微腔中央的垂直耦合区为第三耦合区，下路波导与下路波导微腔间为第一耦合区；但下路波导微腔和反射波导微腔之间无直接耦合。 所述的一维光子晶体的周期单元为圆形孔或方形孔。本发明具有的有益效果是本发明结合了传统波导和波导型光子晶体微腔各自的优点，完全基于波导结构，具有下载效率高，尺寸小，入射端口无反射波等特点。同时也解除了二维光子晶体中晶格常数对器件设计的限制，制作更加简单，可以采用平面波导工艺制作并广泛应用于片上高密度集成的光波分复用互连系统。
图I是本发明的第一种结构示意图。图2是本发明的第二种结构示意图。图3是本发明的第三种结构示意图。图4是图3的A-A'剖视图。图5是波导微腔的一种圆形孔实施例图。图6是波导微腔的一种方形孔实施例图。图7是图1-2中第二、三耦合区的波导弯曲耦合实施例图。图8是图1-2中第一耦合区的一种实施例图。图9是一种具体实施例及其参数标注图。图中1、总线波导，2、下路波导，3、下路波导微腔，4、反射波导微腔，5、第一耦合区，6、第二耦合区，7、第三耦合区，8、入射端口，9、下路端口，10、直通端口，11、波导微腔中央，12、圆形孔，13、方形孔，14、渐变晶格常数区，15、周期晶格常数区、16、波导弯曲区。
具体实施例方式以下结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。如图I、图2、图3所示，包括总线波导I、下路波导2、下路波导微腔3、反射波导微腔4、第一耦合区5、第二耦合区6、第三耦合区7 ;下路波导2与下路波导微腔3间的耦合区为第一耦合区5，总线波导I与下路波导微腔3的耦合区为第二耦合区6，反射波导微腔4与总线波导I的耦合区为第三耦合区7 ;下路波导微腔3与反射波导微腔4的谐振频率相同；且下路波导微腔3向下路波导2的耦合速率是下路波导微腔3向总线波导I耦合速率的二倍；下路波导微腔3和反射波导微腔4向总线波导I的耦合速率相同；下路波导微腔3中央与反射波导微腔4中央之间总线波导I的长度应为使得下路波导微腔3和反射波导微腔4谐振频率处的光在总线波导上传播产生的相位差为(m+1/2) ，其中m为整数；下路波导微腔3与反射波导微腔4均由制作在波导上的一维光子晶体微腔构成，包含位于微腔中央11的渐变晶格常数区14和位于渐变晶格常数区14两侧的周期晶格常数区15。下路波导微腔3和反射波导微腔4是通过在下路波导上刻蚀一维周期圆形孔12或方形孔13形成的，下路波导微腔3、反射波导微腔4包括渐变晶格常数区14和周期晶格常数区15。渐变晶格常数区14起始的最小单元尺寸是根据当前制作工艺水平精度选定。如图I所示，所述的位于第二耦合区6的下路波导微腔3和位于第三耦合区7的反射波导微腔4分别位于同一平面内总线波导I的同侧，但下路波导微腔3和反射波导微腔4之间无直接耦合。 如图2所示，所述的位于第二耦合区6的下路波导微腔3和位于第三耦合区7的反射波导微腔4分别位于同一平面内总线波导I的两侧。如图7所示，对于所述的第二耦合区6的下路波导微腔3和位于第三耦合区7的反射波导微腔4均和总线波导I位于同一平面的情况下，第二耦合区6和第三耦合区7结构分别为总线波导I上的波导弯曲区16与下路波导微腔3和反射波导微腔4的波导微腔中央11邻近耦合构成。如图8所示，下路波导微腔3与下路波导2的第一耦合区5可以是带弯曲的直接耦合结构或如图I、图2、图3所示的直接耦合结构。如图3所示，所述的下路波导2、下路波导微腔3和反射波导微腔4位于同一平面上，总线波导I位于与下路波导2、下路波导微腔3和反射波导微腔4所在平面平行的平面上；总线波导I与下路波导微腔3中央的垂直耦合区为第二耦合区6，总线波导I与反射波导微腔4中央的垂直耦合区为第三耦合区7，下路波导2与下路波导微腔3间为第一耦合区5 ;但下路波导微腔3和反射波导微腔4之间无直接耦合。所述的一维光子晶体的周期单元为圆形孔12，如图5所示；或周期方形孔13如图6所示，。本发明所提出的波导型光子晶体微腔下路滤波器的工作原理是下路波导微腔3和反射波导微腔4之间通过总线波导实现间接耦合，下路波导微腔3和反射波导微腔4之间总线波导的长度应设计为使下路波导微腔3和反射波导微腔4谐振频率处的光在该段总线波导上传输的相位差为(m+1/2) ，其中m为整数。下路波导微腔3和反射波导微腔4耦合到总线波导I的耦合速率应设计为相同，下路波导微腔3向下路波导2的耦合速率是下路波导微腔3向总线波导I耦合速率的二倍。入射光从总线波导I的入射端口 8进入，下路波导微腔3和反射波导微腔4在入射光的激励下建立谐振。下路波导微腔3和反射波导微腔4各自耦合到总线波导I中的光波相干相消使得入射端口 8处反射消失，而入射波中满足微腔谐振频率的光被完全下载到下路波导2的下路端口 9，其它频率的光完全通过总线波导I的直通端口 10。为满足各耦合速率之间关系，数值上采用有限差分时域方法(FDTD)扫描结构参数来实现。其中耦合速率可以通过以下公式获得
I/Ti=O0AQi⑴式中Oci下路波导微腔3和反射波导微腔4的谐振频率，I/ T ,为耦合到第i个通道的速率，Qi是对应于该通道能量损耗的品质因子，其大小由下式计算
权利要求
1.一种基于波导型光子晶体微腔的下路解复用滤波器，其特征在于包括总线波导(I)、下路波导(2)、下路波导微腔(3)、反射波导微腔(4)、第一耦合区(5)、第二耦合区(6)、第三耦合区(7);下路波导(2)与下路波导微腔(3)间的耦合区为第一耦合区(5)，总线波导(I)与下路波导微腔(3)的耦合区为第二耦合区(6)，反射波导微腔(4)与总线波导(I)的耦合区为第三耦合区(7);下路波导微腔(3)与反射波导微腔(4)的谐振频率相同；下路波导微腔(3)向下路波导(2)的耦合速率是下路波导微腔(3)向总线波导(I)耦合速率的二倍；下路波导微腔(3)和反射波导微腔(4)向总线波导(I)的耦合速率相同；下路波导微腔(3)中央与反射波导微腔(4)中央之间总线波导(I)的长度应为使得下路波导微腔(3)和反射波导微腔(4)谐振频率处的光在总线波导上传播产生的相位差为(m+1/2) π，其中m为整数；下路波导微腔(3)与反射波导微腔(4)均由制作在波导上的ー维光子晶体微腔构成，包含位于微腔中央(11)的渐变晶格常数区(14)和位于渐变晶格常数区(14)两侧的周期晶格常数区(15)。
2.根据权利要求I的一种基于波导型光子晶体微腔的下路解复用滤波器，其特征在于所述的位于第二耦合区(6)的下路波导微腔(3)和位于第三耦合区(7)的反射波导微腔⑷分别位于同一平面内总线波导⑴的同侧，但下路波导微腔⑶和反射波导微腔(4)之间无直接耦合。
3.根据权利要求I的一种基于波导型光子晶体微腔的下路解复用滤波器，其特征在于所述的位于第二耦合区(6)的下路波导微腔(3)和位于第三耦合区(7)的反射波导微腔(4)分别位于同一平面内总线波导(I)的两侧。
4.根据权利要求2或3所述的ー种基于波导型光子晶体微腔的下路解复用滤波器，其特征在于所述的第二耦合区(6)和第三耦合区(7)结构分别为总线波导⑴上的波导弯曲区(16)与下路波导微腔(3)和反射波导微腔⑷的中央区域(11)邻近耦合构成。
5.根据权利要求I的一种基于波导型光子晶体微腔的下路解复用滤波器，其特征在于所述的下路波导(2)、下路波导微腔(3)和反射波导微腔(4)位于同一平面上，总线波导(I)位干与下路波导(2)、下路波导微腔(3)和反射波导微腔(4)所在平面平行的平面上；总线波导(I)与下路波导微腔(3)中央的垂直耦合区为第二耦合区(6)，总线波导(I)与反射波导微腔(4)中央的垂直耦合区为第三耦合区(7)，下路波导(2)与下路波导微腔(3)间为第一耦合区(5);但下路波导微腔(3)和反射波导微腔(4)之间无直接耦合。
6.根据权利要求I所述的ー种基于波导型光子晶体微腔的下路解复用滤波器，其特征在于所述的ー维光子晶体的周期单元为圆形孔(12)或方形孔(13)。
全文摘要
本发明公开了一种基于波导型光子晶体微腔的下路解复用滤波器。下路波导与下路波导微腔间有耦合区，总线波导与下路波导微腔及反射波导微腔间各有一耦合区；下路波导微腔与反射波导微腔均由一维光子晶体微腔构成，包含位于微腔中央的渐变晶格常数区和位于渐变晶格常数区两侧的周期晶格常数区。下路波导微腔与反射波导微腔的谐振频率相同；下路波导微腔和反射波导微腔向下路波导或总线波导的耦合速率须满足一定的关系,下路波导微腔与反射波导微腔间总线波导长度亦须满足一定条件。本发明完全基于波导结构，具有结构简单，尺寸小，下载效率高，入射端口无反射波等特点。可以采用平面波导工艺制作并广泛应用于片上高密度集成的光波分复用互连系统。
文档编号G02B6/293GK102707386SQ201210169890
公开日2012年10月3日 申请日期2012年5月23日 优先权日2012年5月23日
发明者喻平, 杨建义, 江晓清, 沈奥, 胡挺, 邱晨 申请人:浙江大学