一种对混合光源进行分离的方法和装置与流程

本发明实施例涉及光电技术领域，具体涉及一种对混合光源进行分离的方法和装置。

背景技术：

全光二极管是通过采用特殊的光学材料或借助特定的光学效应打破光传输的时间反演对称性，或者打破空间传播对称性使得光信号在一个方向上通过，而在相反的方向则很少或基本不通过的，类似集成电路中的电二极管，是实现光计算、光互联和超快信息处理的关键元件。全光二极管既可以在非互易系统中实现，又可以在互易系统中实现，但是就目前而言，不论是哪个系统，对于一个固定的光学结构，它只能在一个方向上单向透射。当入射光从相反的方向上入射时，这个相反的方向上不会出现单透效果。

技术实现要素：

本发明实施例的目的在于提供一种对混合光源进行分离的方法和装置，用以实现双向单透。

为实现上述目的，本发明实施例主要提供如下技术方案：

第一方面，本发明实施例提供了一种对混合光源进行分离的方法，包括：

将包括两个不同波长的混合光源分别从分光设备的两个完全相反的方向照射，以实现混合光源的分离。

进一步地，混合光源包括两个波长不同的光源；分光设备包括光栅和光子晶体；

所述方法包括：

将混合光源对分光设备进行照射；

混合光源沿着分光设备中从光栅到光子晶体的方向垂直照射；则从光子晶体侧射出第一目标波长的光源；

将混合光源沿着从光子晶体到光栅的方向垂直照射；从光栅侧射出第二目标波长的光源。

进一步地，所述光子晶体的结构满足产生一个光子带隙，所述第一目标波长和第二目标波长在所述带隙的范围内；所述光子晶体中间设置有一个缺陷层，所述缺陷层该能够产生一个缺陷模共振。

进一步地，混合光源至少包括第一光源和第二光源；第一光源和第二光源的波长不同；

所述方法包括：

将混合光源照射到分光设备上；

如果混合光源沿着从光栅侧到光子晶体的方向垂直照射；则第一光源射出；

如果混合光源沿着从光子晶体到光栅的方向垂直照射；则第二光源射出。

进一步地，所述方法还包括：

调节光子晶体的缺陷层的厚度以使得光子晶体在第二目标波长处达到缺陷模共振；以及调节光栅的厚度使得从光栅侧垂直入射时衍射0级的能量为0；

将混合光源对调节后的分光设备沿着从光子晶体到光栅的方向垂直照射；则从光栅侧射出第二目标波长的光源；

将混合光源对调节后的分光设备沿着从光栅到光子晶体的方向垂直照射；则从光子晶体侧没有第二目标波长的光源射出。

进一步地，所述方法还包括：

调节分光设备中的光栅的周期以满足光子晶体层发生波导模式共振所需的波矢匹配条件；

将混合光源对调节后的分光设备沿着从光子晶体到光栅的方向垂直照射；从光栅侧没有第一目标波长的光源射出；

将混合光源对调节后的分光设备沿着从光栅到光子晶体的方向垂直照射；从光子晶体侧射出第一目标波长的光源。

第二方面，本发明实施例提供了一种对光源进行分离的设备，包括光子晶体和光栅；

混合光源包括两个波长不同的光源；

当光子晶体一侧接收混合光源的垂直照射时，从光栅侧射出第二目标波长的光源；当光栅一侧接收混合光源的垂直照射时，从光子晶体侧射出第一目标波长的光源。

进一步地，光子晶体包括缺陷层；光子晶体的缺陷层的厚度可调；

调节光子晶体的缺陷层的厚度以使得光子晶体在第二目标波长处达到缺陷模共振；以及调节光栅的厚度使得从光栅侧垂直入射时衍射0级的能量为0；

当混合光源从光子晶体侧垂直入射时，从光栅侧射出第二目标波长的光源；

第二目标波长为1.536μm。

进一步地，光栅的周期可调；

调节光栅的周期以使得光子晶体层达到导模共振的条件；从光栅侧垂直入射混合光源；从光子晶体侧射出第一目标波长的光源；

进一步地，第一目标波长为1.522μm。

第三方面，本发明实施例提供了一种全光二极管，包括上述的光源进行分离的设备。

本发明实施例提供的技术方案至少具有如下优点：

本发明实施例提供的对混合光源进行分光的方法和装置，将混合光源从光栅到光子晶体的方向垂直照射；则从光子晶体侧射出第一目标波长的光源。将混合光源沿着从光子晶体到光栅的方向垂直照射；从光栅侧射出第二目标波长的光源。实现了双向透射，并且实现了分光。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种对混合光源进行分离的方法流程图；

图2a为本发明实施例提供的一种分光设备的结构示意图；

图2b为本发明实施例提供的两个方向上垂直入射时的透射谱示意图；

图2c为本发明实施例提供的双向单透示意图；

图2d为本发明实施例提供的两个波长处的透射光在远场沿衍射角度的分布图；

图3为本发明实施例提供的缺陷层厚度的改变对两个单透工作波长的调制作用示意图；

图4为本发明实施例提供的光栅周期的改变对两个单透工作波长的调制作用示意图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、接口、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

全光二极管是通过采用特殊的光学材料或借助特定的光学效应打破光传输的时间反演对称性，或者打破空间传播对称性使得光信号在一个方向上通过，而在相反的方向则很少或基本不通过的，类似集成电路中的电二极管，是实现光计算、光互联和超快信息处理的关键元件。全光二极管既可以在非互易系统中实现，又可以在互易系统中实现，但是现有技术中，不论是哪个系统，对于一个固定的光学结构，它只能在一个方向上单向透射。当入射光从相反的方向上入射时，这个相反的方向上不会出现单透效果。

基于此，本申请提出了一种对混合光源进行分离的方法，该方法包括：将包括两个不同波长的混合光源分别从分光设备的两个完全相反的方向照射，以实现混合光源的分离。

在一种实施方式中，混合光源包括两个波长不同的光源；分光设备包括光栅和光子晶体；参见附图1，所述方法包括：

步骤s101，将混合光源对分光设备进行照射时；

混合光源沿着分光设备中从光栅到光子晶体的方向垂直照射；则从光子晶体侧射出第一目标波长的光源；

步骤s102，将混合光源沿着从光子晶体到光栅的方向垂直照射；从光栅侧射出第二目标波长的光源。

本发明的方法将混合光从两个方向垂直照射时，分别实现了单透；实现了分光的功能。

关于该设备的结构，具体参见附图2中的(a)；该结构包括：一维光子晶体共n＝19层，由硅和二氧化硅交替组成，其中最中间层为缺陷层。其中硅层、二氧化硅层和缺陷层的厚度分别为h1＝0.685μm，h2＝1.290μm，l＝2.105μm。该结构参数的选择使得光子晶体在入射波长在1.46μm到1.56μm的范围内处于光子晶体的禁带，即垂直入射时透过率为0。一维光栅的结构参数为p＝1.6μm、w＝0.8μm和h＝0.73μm。

整个计算用加拿大lumerical公司的fdtdsolutions商业软件进行，计算过程中二氧化硅和硅的折射率分别取1.46和2.82。

在一种实施方式中，混合光源至少包括第一光源和第二光源；第一光源和第二光源的波长不同；

所述方法包括：

将混合光源照射到分光设备上；

如果混合光源沿着从光栅侧到光子晶体的方向垂直照射；则第一光源射出；

如果混合光源沿着从光子晶体到光栅的方向垂直照射；则第二光源射出。

图2(b)为本发明实施例提供的两个方向上垂直入射时的透射谱示意图；其中，横坐标为波长、纵坐标为透射率；其中，黑色曲线为ri；其中b点(1.536μm)为缺陷模共振导致的单向透射，a点(1.522μm)为光栅导模共振导致的单向透射。(d)给出了两个波长处的透射光在远场沿衍射角度的分布；横坐标是角度，纵坐标是远场强度。

图2(c)为为本发明实施例提供的双向单透的示意图；其中，混合光源的数量为两个；把从光栅侧垂直入射记为ri，包括第一目标波长的光源201和第二目标波长的光源202；

从光子晶体一侧射出第一目标波长的光源201；没有第二目标波长的光源202射出；

混合光源从光子晶体侧垂直入射记为li；包括第一目标波长的光源201和第二目标波长的光源202；从光栅一侧射出第二目标波长的光源202；没有第一目标波长的光源201射出。

下面详细介绍一种调节光栅的参数来进行实现双向透射的方法，在一种实施方式中，所述方法还包括：

调节光子晶体的缺陷层的厚度以使得光子晶体在特定波长处达到缺陷模共振；以及调节光栅的厚度使得从光栅侧垂直入射时衍射0级的能量为0；

将混合光源对调节后的分光设备沿着从光子晶体到光栅的方向垂直照射；则从光栅侧射出第二目标波长的光源；

将混合光源对调节后的分光设备沿着从光栅到光子晶体的方向垂直照射；则从光子晶体侧没有第二目标波长的光源射出。

该单透结构的两个工作波长可以分别自由调节，因为缺陷模的共振波长只与缺陷层的厚度有关，虽然导模共振也受缺陷层厚度的影响，因为缺陷层调制了波导内的折射率分布，但是它对导模共振波长的影响非常小，所以调节缺陷层的厚度可以调节一个单透的工作频率，而另一个几乎不变。如图3所示。

参见图3(a)，缺陷层的厚度l＝1.47um，当波长为接近1.5um时，透过率最大；

缺陷层的厚度l＝1.60um，波长为接近1.54时，透过率最大；

缺陷层的厚度l＝1.70um，波长为接近1.58时，透过率最大；

参见图3(b)，l分别为1.70um，1.60um，1.47um时，另一个共振波长的位置几乎不变化。

调节光栅的另一种方式是，调节分光设备中的光栅的周期以满足波矢匹配条件；

将混合光源对调节后的分光设备沿着从光子晶体到光栅的方向垂直照射；从光栅侧射出第二目标波长的光源；

将混合光源对调节后的分光设备沿着从光栅到光子晶体的方向垂直照射；从光子晶体没有第二目标波长的光源射出。

图4为本发明实施例提供的光栅周期的改变对两个单透工作波长的调制作用示意图；其中，参见图4(a)，光栅的周期p分别为1.55um，1.58um，1.6um，1.62um时，第二光源的最大透射比的波长不变，接近1.54；参见图4(b)，周期p变化，对应波长发发生变化。从图4可知，导模共振的波长与波矢匹配条件息息相关，所以主要由光栅的周期来调制，而缺陷模的共振波长与光栅的周期无关，所以调节光栅的周期，可以只调节一个单透效应的位置。

下面详细描述一下本申请能够双向透射的原理；在复合结构中可以分别激发两种共振，一种是光子晶体的缺陷模共振，一种是光栅的导模共振。当共振激发时，透过率不再为0，而共振不激发时，由于入射光处于光子晶体的禁带，透过率依然为0。根据共振的产生机理，缺陷模共振对于ri和li都可以激发，而光栅的导模共振只对ri激发，对li不激发。

但是ri和li入射时，缺陷模共振的激发强度不同。对于li能够参与共振激发的是全部垂直入射光，而对于ri，只有光栅衍射的0级能够参与共振激发。而光栅衍射在各衍射级上的能量分配可以通过调节光栅的结构参数，比如光栅的厚度h来控制，可以通过调节光栅的厚度使得其衍射0级的能量为0，这样ri入射时，光子晶体的缺陷模共振就不能被激发。因此，在缺陷模共振波长处(其大小由缺陷层的厚度l来决定)，当光波以li入射，缺陷模被激发，光波可以透射，透过率可达90％以上，而当入射波以ri入射时，由于激发光强为0，缺陷模共振不能被激发，其透过率仍然为0。因此在这个共振波长处(1.536μm)，单向透射效果可以得到，其可透方向为由左到右。

光栅的导模共振只对ri可以激发，对li不能激发，因为光栅的导模共振的激发要满足波矢匹配条件，即在光子晶体层激发的波导模式要有一定大小的平行于光子晶体表面的波矢分量，这个由光栅的高级衍射光来提供，光栅衍射可提供的波矢分量的大小为2π/p(p为光栅的周期)的整数倍。当波矢匹配条件满足时，即光栅衍射提供的波矢分量的大小与波导层传输的波导模式所需的波矢分量相等时,光栅的导模共振激发，其透过率不再为零。所以，当光波以li入射时，没有光栅衍射，波矢匹配条件不能满足，而入射光又在光子晶体禁带范围内，所以其透过率为0。而当光波以ri入射时，当波矢匹配条件满足时，导模共振激发，光波透过率也可达90％。因此在共振波长处，单向透射效果可以获得，其透射方向与缺陷模单透方向相反，即由右向左。

由上可知通过激发条件的限制，使得一种共振只在一个入射方向上激发，在相反的入射方向不能被激发,这样在两个入射方向上在不同的共振波长处均可以获得一个单向透射效果，且单透方向相反，即可以获得两个方向上的单向透射。

可以在通讯波段内两个不同波长处，分别实现光二极管的单通效果，而且透射方向相反，即可以实现两个方向上的单透。且这两个单透波长的位置可以通过结构参数随意自由的调节，这对实际应用非常有好处。这种两个方向上的单透效果的好处是易于把微弱的信号光与泵浦光分离，比如分离拉曼散射信号光与入射光。

本申请还提出了一种对混合光源进行分离的装置，包括光子晶体和光栅；

混合光源包括两个个波长不同的光源；

当光子晶体接收混合光源的垂直照射时，从光栅侧射出第二目标波长的光源。

当光栅接收混合光源的垂直照射时，从光子晶体侧射出第一目标波长的光源。

进一步地，光子晶体包括缺陷层；光子晶体的缺陷层的厚度可调；

调节光子晶体的缺陷层的厚度以使得光子晶体在第二目标波长处达到缺陷模共振；以及调节光栅的厚度使得从光栅侧垂直入射时衍射0级的能量为0；

当混合光源从光子晶体侧垂直入射时，从光栅侧射出第二目标波长的第二光源；第二目标波长为1.536μm。

进一步地，光栅的周期可调；

调节光栅的周期以使得光子晶体达到导模共振的条件；从光栅侧垂直入射混合光源；从光子晶体侧射出第一目标波长的第一光源；第一目标波长为1.522μm。

本发明实施例还提供了一种全光二极管，包括上述的对混合光源进行分离的装置。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的技术方案的基础之上，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的保护范围之内。