专利名称：二维光子晶体微谐振腔的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及采用二维光子晶体的微谐振腔，特别涉及点缺陷腔和环形缺陷腔集成的二维光子晶体微谐振腔。
背景技术：
制作高品质因子，小模体积的微腔是集成光学中的一个重要的研究领域。它可以用来制作诸如滤波器、波分复用器、发光二极管以及激光器等许多基于微腔的无源和有源器件。基于微腔的光器件具有特殊的优点，例如微腔激光器由于体积小，能够有效地控制激发介质的自发辐射，具有高的能量转换效率和低的阈值。基于光子晶体的微腔结构不仅具有上述的优点，而且能实现高Q值和高辐射增强因子，因而能实现更高的能量转换效率，为此人们提出了各种各样的光子晶体微腔结构。授权公告号为CN 1156063C的专利公开了一种光子晶体微腔结构，如图1所示，它利用在二维光子晶体中引入一个点缺陷来构成微腔。这种光子晶体微腔结构可以得到较大的能量转换效率和较大的Q值，但是它的能量泄漏仍然不小，品质因子Q没有达到最大，存储能量有限。其它一些文献通过增加或减小个介质棒的大小来形成点缺陷，或者移动点缺陷周围介质棒的位置来改变点缺陷的大小，以此提高微腔的性能。但这些都是基于单个或多个点缺陷形成的微腔，存储能量都很有限。
本发明克服了上述光子晶体微腔的缺点，可以得到更高的品质因子，并可使存储能量提高几个数量级。
发明内容本发明的光子晶体微腔是由光子晶体的点缺陷腔和环形缺陷腔组成的。
一种二维光子晶体微腔的基本结构见图2，实心圆表示介质柱，周期性地排列介质柱形成光子晶体。在一边抽掉一个或几个介质柱，从而构成点缺陷腔。同时，在另一边抽掉一圈介质柱，形成环形缺陷腔。在点缺陷腔处加入激发介质，某个波长的光会被限制在点腔中，即形成光子晶体缺陷态。能量被限制在点腔中的时间越长，腔的品质因子就越高。当点腔边上加上一环形腔时，从点腔中漏出的能量会耦合到环形腔中，最后又从环形腔耦合回点腔中，从而形成复合式谐振腔。这相当于向外面辐射掉的能量又重新回到点缺陷中，此时更多的能量会被限制在点缺陷中，从而得到很高的品质因子Q。同时，外环腔起到存储能量的作用，由于其存储空间远远大于点腔的体积，并且具有多个谐振波长，从而使得该系统可以存储的能量远远大于单个点腔系统所能存储的能量。通过改变系统的参数和结构，我们就可以得到不同Q值的光子晶体微腔。这种光子晶体微腔可用于半导体微腔激光器的设计以及全光集成光路的光源领域。
可在环形腔中加入一低折射率透明介质，如图2所示。改变加入介质的长度或折射率大小，用于调整环形腔的光学长度。这可以改变环形腔的谐振波长的位置，通过耦合使其反作用于点腔，改变点腔的谐振波长。当环形腔中的一个谐振波长和点腔中的谐振波长相同时，就可以使点腔和环形腔的耦合最强。用这种方法我们还可以得到可调谐的光子晶体微腔。
点缺陷腔可以是抽掉一个介质柱，也可以是抽掉多个介质柱形成的单腔，还可以是通过变化一根或者几根介质杆的直径形成的缺陷所构成的单腔。
环行缺陷腔可以是圆环行的、四方环行的、三角环行的、或者其它任意封闭形状的环行腔。
如图2所示，其中的棱柱代表着高折射率介质，空白部分代表着低折射率介质；为了得到不同的结果，我们也可以反过来，使其中的棱柱代表低折射率介质，而空白区代表高折射率介质。
光子晶体微腔的工作波长和其晶格常数为同一数量级，根据这一特点，通过改变结构参数和选择不同的材料，该结构可以适合于任意电磁波波段，包括微波波段、毫米波波段、亚毫米波波段、太赫兹(THz)波段、红外波段、可见光波段、紫外波段、X波段、伽马射线(Gama射线)波段、宇宙射线波段等。
图1单独由点缺陷构成的二维光子晶体微腔图2二维光子晶体微谐振腔的截面示意3二维光子晶体微谐振腔的谐振频率图4二维光子晶体微谐振腔的模式5多个点腔的二维光子晶体微谐振腔示意图其中1构成光子晶体的介质柱，2点缺陷，3环形腔，4低折射率介质具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
参照图2，二维光子晶体由在空气中周期排列的介质柱组成。微谐振腔由点缺陷和环形腔共同构成。其原理类似于电路中的电容与电感，当两者的振荡频率相等时，整个系统发生谐振，此时系统衰减最慢，因此能得到很高的品质因子。在点缺陷中加入激发介质，电磁波从点缺陷中耦合到环形腔，同时环形腔形成一个回路，又耦合回点缺陷中。若两个腔的振荡频率相等，系统就会达到谐振。一般而言，设置好各种参数后，点缺陷只有一个最大的谐振输出。但环形腔的长度很长，通常有多个谐振波长。因此，我们在环形腔中加入一低折射率介质，用以改变环形腔的光学长度，进而改变谐振波长的位置，使其中的一个移到点缺陷的谐振波长处，这样，两个腔就能谐振起来。
光子晶体微腔的谐振波长和晶格常数在同一个数量级，因此可以根据所需的谐振波长来设计光子晶体微腔的结构及参数。例如，高折射率的介质柱可选择硅(Si)材料，低折射率介质为空气，其折射率分别为3.4和1。此外，环形腔中附加介质可选择在谐振波长范围内透明的氟化钙(GaF2)，其折射率为1.25，长度可变。晶格常数为1μm，方形柱的边长为0.4μm，阵列数为17×19，则我们可以得到微米量级的谐振波长，如图3所示。
通过计算得到光子晶体微腔的模式图，如图4所示。当通过改变插入介质的长度，我们可以得到不同的振荡频率，同时可以调节点腔和环形腔的耦合程度。如图4所示，这时点腔和环形腔耦合最佳，系统发生谐振，得到最大的品质因子。此时系统的品质因子比相同结构下单独只有点腔时的品质因子更大，甚至可以达到它的两倍大小。若增加四周的介质柱的数目，还可得到更大的品质因子。同时此时环形腔中储存了大量的能量。
如图5所示，可以把这种光子晶体微腔用于波分复用系统。光子晶体微腔具有很高的分辨能力。设计好环形腔的结构和参数，使其具有我们工作所需的两个谐振波长。当把光导入环形腔时，它会和点腔耦合，从而进入点腔中。通过设计两个不同的点腔，使其谐振波长分别是工作波长中的一种，这样就可以把相应的光导入到各个谐振腔中。在点腔的另一边各自引入线缺陷制成波导，就可以把光导出来；相反，我们把不同的光波引入到点腔中，它们和环形腔相耦合，从而都进入到环形腔中，通过波导可以把它们引出来。这样就实现了两波长光波分复用的功能。当增加点腔的个数，调整系统参数时，我们就可以实现多波长的光波分复用了。
权利要求
1.一种二维光子晶体谐振腔，其特征在于由光子晶体的点缺陷和环形缺陷组成。在二维光子晶体中抽掉一圈介质棒形成环形缺陷的同时，在环形缺陷一侧预留几根介质棒形成点缺陷，形成复合式二维光子晶体微腔。
2.按权利要求1所述的光子晶体谐振腔，其特征在于在环形缺陷腔中可以插入一块透明介质，以改变环形缺陷腔和点缺陷腔的耦合强度和谐振波长。
3.按权利要求1和2所述的光子晶体谐振腔，其特征在于通过调节插入介质的长度和折射率的大小，可以改变点系统的品质因子，并能得到可调谐的光子晶体微腔。
4.按权利要求1所述的光子晶体谐振腔，其特征在于点缺陷腔可以是单点缺陷，也可以是多个点缺陷构成的单腔。
5.按权利要求1所述的光子晶体谐振腔，其特征在于点缺陷腔可以是由抽去一根或几根介质杆构成的单腔，也可以是通过变化一根或者几根介质杆的直径形成的缺陷所构成的单腔。
6.按权利要求1所述的光子晶体谐振腔，其特征在于点缺陷腔可以是由添加一根或者几根介质杆产生缺陷所构成的单腔。
7.按权利要求1所述的光子晶体谐振腔，其特征在于环行缺陷腔可以是圆环行的、四方环行的、三角环行的、或者其它任意封闭形状的环行腔。
8.按权利要求1所述的光子晶体谐振腔，其特征在于组成二维光子晶体的高折射率介质可以是棱柱形，也可以是圆柱形，也可以是任意横截面形状的介质柱。
9.按权利要求1所述的光子晶体谐振腔，其特征在于组成二维光子晶体的低折射率介质可以为空气，也可以为其它低折射率介质。
10.按权利要求1所述的光子晶体谐振腔，其特征在于其中的点代表高折射率介质，空白部分代表低折射率介质；也可以是，其中的点代表低折射率介质，而空白区代表高折射率介质。
11.按权利要求1所述的光子晶体谐振腔，其特征在于谐振腔中的谐振波长可以通过点缺陷腔和环形缺陷腔的尺寸和形状来调节。
12.按权利要求1所述的光子晶体谐振腔，其特征在于可通过改变环行腔的长度和点缺陷腔的个数来改变谐振特性，优化结果。
13.按权利要求1所述的光子晶体谐振腔，其特征在于根据不同的要求，点缺陷腔和环行腔可以工作于共同谐振状态，也可以是只有点缺陷腔工作于谐振状态。
14.按权利要求1所述的光子晶体谐振腔，其特征在于所谓微谐振腔，是指其尺寸与工作波长为同一数量级；根据不同的要求，改变结构参数和选择不同的材料，该结构可以适合于任意电磁波波段，包括微波波段、毫米波波段、亚毫米波波段、太赫兹(THz)波段、红外波段、可见光波段、紫外波段、X波段、伽马射线(Gama射线)波段、宇宙射线波段等。
全文摘要
一种二维光子晶体微谐振腔，其结构如下。在空气中周期性的排列着高折射率介质棒组成二维光子晶体，通过抽去其中一些介质棒，形成点缺陷和环形缺陷，进而构成一个光子晶体复合式微腔。在环形腔中插入一低折射率介质，通过调节介质的长度和折射率，使环形腔和点腔同时谐振，从而使系统得到很高的品质因子和很高的能量存储状态。
文档编号H01S3/08GK1996682SQ20061006239
公开日2007年7月11日 申请日期2006年8月31日 优先权日2006年8月31日
发明者欧阳征标 申请人:欧阳征标, 罗贤达