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二维平板光子晶体是实现超小型化平面光子回路的有效途径。近红外和可见光波段的二维光子晶体,已越来越受到人们的关注。随着现代微加工技术的成熟与发展,人们对二维光子晶体的研究已经从最初的注重理论研究转移到光子晶体器件的设计和制备上来。本文描述了两个方面的工作,一是利用FIB(focusionbeam)微加工技术制备了二维近红外平板光子晶体波导、波导与微腔直接耦合选频器、双信道选频器及多信道选频器,二是对这些元器件的光学性质做了系统性的研究。
为了能够提供大尺寸的二维光子晶体,我们制备出了部分空气桥式(partialair-bridge)平板光子晶体,并测出了二维光子晶体完整的第一带隙透过谱的带隙范围为1.23μm-1.55μm。同时提出如果改变平板下支撑物的材料,并将其作为光子或电子的输入通道,可以制备出两维光子晶体微型激光器等有源器件。
带有微腔的二维平板光子晶体波导是光学集成的重要元件,当光子晶体波导的导带位于1.31um和1.55um通信波段时,如果在波导中引入一个微腔的时候,要想保证微腔的共振频率正好落在导带的透过率最高的波长范围内,精确控制导带的位置是尤为重要的,为此我们对晶格常数的变化对导波模以及微腔模的影响进行了模拟计算和实验研究。
在光子晶体波导的导波腔中加入微腔可以构成超小型的选频器,这种选频器又称作直接耦合选频器。当导波的波长与微腔的共振波长相匹配时,导波就会从波导入射端经过共振腔从波导输出端引出,实现调频功能。实验还证明增加微腔壁孔的个数和移动微腔边缘孔的位置能够提高共振腔的Q值
在此基础上,我们把微腔与Y2分支波导直接耦合到一起,实现了双信道波长选频器,其中微腔被直接放在Y2分支波导的两个侧臂上,在不同的信道实现不同的频率输出。
多信道波长输出是未来光子晶体选频器的发展方向。本实验在两信道波长选频器的基础上,将微腔与Y4分支波导耦合到一起实现了四信道波长选频器。当波导由W1变为W3时,实验证明它可以提高选频器的输出效率。