晶体中的线性缺陷有很多形式,对应的就有很多种波导模式。唯一的条件就是在一个方向上保证离散平移对称性。一种可行的方法就是在一行中移动所有的介质柱,或者相隔n的介质柱。另一种可行的方法就是移动多行的介质柱:移动一行介质柱形成了单模的波导,其特性为在特定频率下至多有一种可导模式;而移动多行介质柱则会形成多模波导。
波分复用器[4]是光通信系统中一类重要的无源器件,通过相邻的两个纤芯之间的模场耦合实现两纤芯之间的不同偏正态的分离及光波长的选择的功能。解波分复用器,又称波长多路复用,是在一根光纤中同时传输多个波长的光信号的一种超高速光缆数据传,在接收端再由分波器将不同波长的光载波分开(解复用)。由于不同波长的载波是相互独立的,所以双向传输问题迎刃而解,可以实现单纤全双工传输,在光纤用户网络中增加而基于谐振腔、光子晶体波导的波分及解波分复用器已经得到了广泛的研究[5,6,7],如台湾国立高雄应用科技大学的研究人员使用非对称结构晶胞结构微腔实现了六信道解波分复用。日本京都大学的Susumu Noda研究小组使用L3谐振腔以及异质结构实现了四信道解波分复用。他们将平板型空气孔光子晶体中相连的三个空气孔填充入硅介质,从而构成L3谐振腔。改变晶格常数会使得谐振腔的谐振频率发生变化,由此实现了解波分复用功能。
而本文采用三角晶格介质柱结构,通过环形谐振腔、点缺陷微腔及波导之间的耦合作用实现了双通道解波分复用。这种装置由两个点缺陷微腔、三个波导及两个环形腔构成,可以对波长分别为1291nm和1271nm的光波进行解波分复用。这两种波长的光波均位于通信领域的常用波段,之间相差20nm,符合国际电信联盟所制定的G.694.2 标准中所规定的20nm的间隔要求。
2 光子晶体概述
2.1 光子晶体
光子晶体[1,2,3](Photonic Crystal)是在1987年由S.John和E.Yablonovitch分别独立提出,是由不同折射率的介质周期性排列而成的人工微结构。光子晶体即光子禁带材料,从材料结构上看,光子晶体是一类在光学尺度上具有周期性介电结构的人工设计和制造的晶体。与半导体晶格对电子波函数的调制相类似,光子带隙材料能够调制具有相应波长的电磁波---当电磁波在光子带隙材料中传播时,由于存在布拉格散射而受到调制,电磁波能量形成能带结构 。
2.2 光子晶体的结构
光子晶体的结构可以这样理解,正如半导体材料在晶格结点(各个原子所在位点)周期性的出现离子一样,光子晶体是在高折射率材料的某些位置周期性的出现低折射率(如人工造成的空气空穴)的材料。如下图所示的光子晶体材料从一维到三维的结构,可以明显看出周期性的存在,而且三维光子晶体的结构图与普通的硅晶体单从结构是很相似的。高低折射率的材料交替排列形成周期性结构就可以产生光子晶体带隙(BandGap,类似于半导体中的禁带)。而周期排列的低折射率位点的之间的距离大小相同,导致了一定距离大小的光子晶体只对一定频率的光波产生能带效应。也就是只有某种频率的光才会在某种周期距离一定的光子晶体中被完全禁止传播。源:自~751·论`文'网·www.751com.cn/
如果只在一个方向上存在周期性结构,那么光子带隙只能出现在这个方向。如果在三个方向上都存在周期结构,那么可以出现全方位的光子带隙,特定频率的光进入光子晶体后将在各个方向都禁止传播。这对光子晶体来说是一个最重要的特性。而且实际上,这种三维光子晶体也是最先被制造出来的。