光子晶体滤波器及其制备方法与流程

本发明属于光通信，具体涉及一种光子晶体滤波器及其制备方法。

背景技术：

1、光子晶体是一种介电常数呈周期性变化的人工微结构光学材料，光子晶体的带隙结构是光子晶体的重要特性之一，光子带隙的存在使光子晶体具有极大的理论价值和潜在的应用前景，如光子晶体反射镜、光子晶体滤波器、低阈值激光发射器等等。对一维光子晶体的能带结构人们已做了比较全面和深入的研究，当光子晶体的周期结构遭到破坏时，在光子禁带区域会出现态密度很高的缺陷态，而与缺陷态的频率相同的光子会局域在缺陷处，形成了光子局域态，通过共振隧穿效应穿过光子晶体，从而形成了高品质的光子晶体窄带滤波器。如果在周期性结构的一维光子晶体中引入其他的介质层，使得光子晶体的周期性结构遭到破坏，可以增加相应频率光子的态密度，从而增强了对应频率处的受激辐射，在光子禁带中将会出现缺陷态，这一特性使得光子禁带对自发辐射的抑制作用在光学器件的设计和应用中受到广泛的关注。

2、光子晶体本身就是一个自然的理想带阻滤波器，由于光子禁带的存在可以实现对光波优良的滤波特性，有很多传统的光滤波器不具备的特点和优点，如带阻边缘可以容易做到接近于垂直的陡峭度、光子晶体对光波的吸收损耗非常小等。与传统介质谐振腔相比，光子晶体谐振腔可以利用纳米结构来设计控制其本征摸模式，在小尺度、高性能的微腔领域具有明显的优势。

3、现有光子晶体通带较宽，在窄带波分复用的场景下使用时，易出现分辨率不够的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术中的至少一种缺陷，提供了一种光子晶体滤波器及其制备方法。

2、本发明的技术方案是这样实现的：本发明公开了一种光子晶体滤波器，所述光子晶体滤波器的结构为(ab)n(dc)ne(bd)n(ca)n，其中，a、b、c、d和e是构成光子晶体滤波器的材料，n表示(ab)、(dc)、(bd)、(ca)结构单元的周期数。

3、在一些实施例中，a表示al2o3，b表示tio2，c表示na3alf6，d表示mgf2，e表示sio2。

4、在一些实施例中，na、nb、nc、nd、ne分别表示a、b、c、d、e的折射率，在中心波长为1310nm时，a、b、c、d、e材质的折射率分别为na＝1.65、nb＝2.2、nc＝1.35、nd＝1.38、ne＝1.45。

5、在一些实施例中，每一个周期中a、b、c、d的物理厚度分别为da、db、dc、dd，e的物理厚度为de，da＝145.56nm，db＝198.38nm，dc＝242.59nm，dd＝237.27nm，de＝452.72nm。

6、在一些实施例中，n为8-12。

7、在一些实施例中，每一个周期中材料a的物理厚度da根据材料a的折射率和任一中心波长确定，公式为：

8、每一个周期中材料b的物理厚度db根据材料b的折射率和任一中心波长确定，公式为：

9、每一个周期中材料c的物理厚度dc根据材料c的折射率和任一中心波长确定，公式为：

10、每一个周期中材料d的物理厚度dd根据材料d的折射率和任一中心波长确定，公式为：

11、材料e的物理厚度de根据材料e的折射率和任一中心波长确定，公式为：

12、其中，na表示材料a的折射率，nb表示材料b的折射率，nc表示材料c的折射率，nd表示材料d的折射率，ne表示材料e的折射率，λ为任一中心波长。

13、本发明公开了一种如上所述的光子晶体滤波器的制备方法，包括如下步骤：

14、根据材料a的折射率计算每一个周期的结构单元(ab)、(ca)中材料a的物理厚度da；

15、根据材料b的折射率计算每一个周期的结构单元(ab)、(bd)中材料b的物理厚度db；

16、根据材料c的折射率计算每一个周期的结构单元(dc)、(ca)中材料c的物理厚度dc；

17、根据材料d的折射率计算每一个周期的结构单元(dc)、(bd)中材料d的物理厚度dd；

18、根据材料e的折射率计算材料e的物理厚度de；

19、根据计算得到的da、db、dc、dd、de制备(ab)n(dc)ne(bd)n(ca)n光子晶体结构。

20、在一些实施例中，根据材料a的折射率计算每一个周期的结构单元(ab)、(ca)中材料a的物理厚度da，公式为：

21、根据材料b的折射率计算每一个周期的结构单元(ab)、(bd))中材料b的物理厚度db，公式为：

22、根据材料c的折射率计算每一个周期的结构单元(dc)、(ca)中材料c的物理厚度dc，公式为：

23、根据材料d的折射率计算每一个周期的结构单元(dc)、(bd))中材料d的物理厚度dd，公式为：

24、根据材料e的折射率计算材料e的物理厚度de，公式为：

25、其中，na表示材料a的折射率，nb表示材料b的折射率，nc表示材料c的折射率，nd表示材料d的折射率，ne表示材料e的折射率，λ为任一中心波长。

26、本发明至少具有如下有益效果：本发明提出了一种(ab)n(dc)ne(bd)n(ca)n的光子晶体滤波器结构，其可以满足激光通信的超窄带滤波器要求，具有相对较窄透射带宽，在透射中心波长处的透射率为95％以上，在透射中心波长两侧有很低的透射率，同时具有很大的接收角度。

27、且通过垂直入射仿真结果可以得出一维光子晶体周期结构的禁带特性很好，波长在禁带范围内的光线都不能通过，而中心波长1310nm处出现透射率为95％以上的透射峰，透射带宽较窄，透射带宽半高宽小于0.5nm，相较于现有设计，投射带宽更窄，呈现超窄带特性。

28、且本发明在n个(dc)结构单元与n个(bd)结构单元之间增加e材料单元，e表示sio2，加氧化硅起到钝化保护作用，相较于未增加氧化硅膜系的滤波器，本发明能够减少镀膜过程中的缺陷和损伤。

技术特征：

1.一种光子晶体滤波器，其特征在于：所述光子晶体滤波器的结构为(ab)n(dc)ne(bd)n(ca)n，其中，a、b、c、d和e是构成光子晶体滤波器的材料，n表示(ab)、(dc)、(bd)、(ca)结构单元的周期数。

2.如权利要求1所述的光子晶体滤波器，其特征在于：a表示al2o3，b表示tio2，c表示na3alf6，d表示mgf2，e表示sio2。

3.根据权利要求2所述的光子晶体滤波器，其特征在于：na、nb、nc、nd、ne分别表示a、b、c、d、e的折射率，在中心波长为1310nm时，a、b、c、d、e材质的折射率分别为na＝1.65、nb＝2.2、nc＝1.35、nd＝1.38、ne＝1.45。

4.如权利要求3所述的光子晶体滤波器，其特征在于：每一个周期中a、b、c、d的物理厚度分别为da、db、dc、dd，e的物理厚度为de，da＝145.56nm，db＝198.38nm，dc＝242.59nm，dd＝237.27nm，de＝452.72nm。

5.如权利要求4所述的光子晶体滤波器，其特征在于：n为8-12。

6.如权利要求1所述的光子晶体滤波器，其特征在于：每一个周期中材料a的物理厚度da根据材料a的折射率和任一中心波长确定，公式为：

7.一种如权利要求1所述的光子晶体滤波器的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

8.如权利要求7所述的光子晶体滤波器的制备方法，其特征在于：根据材料a的折射率计算每一个周期的结构单元(ab)、(ca)中材料a的物理厚度da，公式为：

技术总结
本发明公开了一种光子晶体滤波器及其制备方法，该光子晶体滤波器的结构为(AB)<supgt;n</supgt;(DC)<supgt;n</supgt;E(BD)<supgt;n</supgt;(CA)<supgt;n</supgt;，n表示(AB)、(DC)、(BD)、(CA)结构单元的周期数，A、B、C、D、E分别表示Al<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;、TiO<subgt;2</subgt;、Na<subgt;3</subgt;Al、MgF<subgt;2</subgt;、SiO<subgt;2</subgt;，每一个周期中A、B、C、D的物理厚度分别为d<subgt;A</subgt;、d<subgt;B</subgt;、d<subgt;C</subgt;、d<subgt;D</subgt;，E的物理厚度为d<subgt;E</subgt;，d<subgt;A</subgt;＝145.56nm，d<subgt;B</subgt;＝198.38nm，d<subgt;C</subgt;＝242.59nm、d<subgt;D</subgt;＝237.27nm，d<subgt;E</subgt;＝452.72nm，n为10。本发明透射带宽半高宽小于0.5nm。

技术研发人员：司伟康,李林科,吴天书,杨现文,张健
受保护的技术使用者：武汉联特科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/12