一种基于二维铌酸锂光子晶体的可调谐窄带滤波器

本发明涉及光通信、光电子领域，具体是一种基于二维铌酸锂光子晶体的可调谐窄带滤波器。

背景技术：

1、自1987年光子晶体发明以来，为光学器件科学家开辟了一个新的研究领域。光子晶体主要由两种不同的介质材料组成，它们具有不同的折射率。这两种介电材料的排列使得折射率的分布是周期性的。与半导体器件类似，光子晶体中的周期性折射率分布会产生光子禁带，在有光子禁带的波段内，光子或电磁波不允许在光子晶体内部传播。研究表明，光子禁带的形成取决于介质材料的折射率和光子晶体的结构参数。光子禁带的特性可用于设计光反射器，光带阻滤波器，光滤波器和光解复用器等器件。

2、光滤波器在所有光通信网络中起着至关重要的作用。传统的光滤波器一般分为基于干涉原理和基于光栅原理两种类型，基于干涉原理的有熔锥光纤滤波器、法布里珀罗滤波器、多层介质膜滤波器、马赫-曾德干涉滤波器等，基于光栅原理的有体光栅滤波器、阵列波导光栅滤波器、光纤光栅滤波器、声光可调谐滤波器等。由于传统滤波器所使用的波导材料的物理特性的限制，其尺寸一般都较大，这使得光滤波器很难集成到小型芯片上。

3、近年来光子晶体的飞速发展解决了这个问题。与传统的波导材料相比，光子晶体具有的光子带隙、光子局域和光子缺陷等物理性质，使得在此基础上发展出的光滤波器也拥有体积小、集成度高的特点，并可以实现将光器件集合到微纳芯片上。随着研究的深入，当前的光子晶体滤波器可以实现高透射率，并且拥有超高的品质因子。性能更优良的光子晶体多通道滤波器能够频率相近的光波分解到不同信道中，对于密集波分复用技术尤其有效，有利于让有限的物理设备资源得到充分利用，并且可以极大提高通信系统的吞吐量。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于二维铌酸锂光子晶体的可调谐窄带滤波器，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种基于二维铌酸锂光子晶体的可调谐窄带滤波器，所述滤波器采用二维铌酸锂光子晶体构成，所述二维铌酸锂光子晶体内构造有若干按三角形结构周期性排列的空气孔，所述滤波器还包括设置于二维铌酸锂光子晶体内并依次连接的入射波导、微腔谐振腔、出射波导，以及嵌入到所述二维铌酸锂光子晶体内并位于所述微腔谐振腔两侧的调制电极，通过改变两侧调制电极的加载电压以对选定的滤波中心波长进行微调。

4、作为本发明进一步的方案：所述铌酸锂的折射率为2.21285。

5、作为本发明进一步的方案：空气孔的折射率为1。

6、作为本发明进一步的方案：所述空气孔的直径为456nm。

7、作为本发明进一步的方案：所述空气孔排列的周期常数为610mm。

8、作为本发明进一步的方案：所述入射波导和出射波导通过在二维铌酸锂光子晶体的二维三角晶格结构内引入线缺陷而形成直波导得到。

9、作为本发明进一步的方案：所述微腔谐振腔包括依次连接的第一耦合空气孔，谐振腔壁空气孔和第二耦合空气孔。

10、作为本发明进一步的方案：所述谐振腔壁空气孔是在二维三角晶格结构内引入点缺陷而形成。

11、作为本发明进一步的方案：所述第一耦合空气孔和第二耦合空气孔的直径均为228nm。

12、作为本发明进一步的方案：所述第一耦合空气孔和第二耦合空气孔与入射波导，出射波导和微腔谐振腔的谐振腔壁空气孔所包围的点缺陷位于一条直线上。

13、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

14、1)尺寸小，结构紧凑，可调谐滤波器的主体结构为谐振腔，当滤波中心波长为1550nm时，微腔谐振腔的长度为4.89μm，宽度为3.66μm。

15、2)可调谐，可调谐滤波器可以通过加载电压的方式利用铌酸锂的电光效应改变微腔谐振腔的滤波中心波长。

16、3)加工工艺成熟，可调谐滤波器采用基于铌酸锂材料作的背景介质空气孔的光子晶体，相对于空气背景介质柱的光子晶体的制作有更好的可实现性和较成熟的加工工艺。

17、4)实用范围广，基于麦克斯韦方程和尺寸伸缩效应，通过调节结构尺寸参数，可以使得可调谐滤波器工作在通信波段的任意波长。

技术特征：

1.一种基于二维铌酸锂光子晶体的可调谐窄带滤波器，其特征在于：所述滤波器采用二维铌酸锂光子晶体构成，所述二维铌酸锂光子晶体内构造有若干按三角形结构周期性排列的空气孔，所述滤波器还包括设置于二维铌酸锂光子晶体内并依次连接的入射波导、微腔谐振腔、出射波导，以及嵌入到所述二维铌酸锂光子晶体内并位于所述微腔谐振腔两侧的调制电极，通过改变两侧调制电极的加载电压以对选定的滤波中心波长进行微调。

2.根据权利要求1所述的基于二维铌酸锂光子晶体的可调谐窄带滤波器，其特征在于：所述铌酸锂的折射率为2.21285。

3.根据权利要求2所述的基于二维铌酸锂光子晶体的可调谐窄带滤波器，其特征在于：空气孔的折射率为1。

4.根据权利要求3所述的基于二维铌酸锂光子晶体的可调谐窄带滤波器，其特征在于：所述空气孔的直径为456nm。

5.根据权利要求4所述的基于二维铌酸锂光子晶体的可调谐窄带滤波器，其特征在于：所述空气孔排列的周期常数为610mm。

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的基于二维铌酸锂光子晶体的可调谐窄带滤波器，其特征在于：所述入射波导和出射波导通过在二维铌酸锂光子晶体的二维三角晶格结构内引入线缺陷而形成直波导得到。

7.根据权利要求6所述的基于二维铌酸锂光子晶体的可调谐窄带滤波器，其特征在于：所述微腔谐振腔包括依次连接的第一耦合空气孔，谐振腔壁空气孔和第二耦合空气孔。

8.根据权利要求7所述的基于二维铌酸锂光子晶体的可调谐窄带滤波器，其特征在于：所述谐振腔壁空气孔是在二维三角晶格结构内引入点缺陷而形成。

9.根据权利要求6所述的基于二维铌酸锂光子晶体的可调谐窄带滤波器，其特征在于：所述第一耦合空气孔和第二耦合空气孔的直径均为228nm。

10.根据权利要求6所述的基于二维铌酸锂光子晶体的可调谐窄带滤波器，其特征在于：所述第一耦合空气孔和第二耦合空气孔与入射波导，出射波导和微腔谐振腔的谐振腔壁空气孔所包围的点缺陷位于一条直线上。

技术总结
本发明公开了一种基于二维铌酸锂光子晶体的可调谐窄带滤波器，所述滤波器采用二维铌酸锂光子晶体构成，所述二维铌酸锂光子晶体内构造有若干按三角形结构周期性排列的空气孔，所述滤波器还包括设置于二维铌酸锂光子晶体内并依次连接的入射波导、微腔谐振腔、出射波导，以及嵌入到所述二维铌酸锂光子晶体内并位于所述微腔谐振腔两侧的调制电极，通过改变两侧调制电极的加载电压以对选定的滤波中心波长进行微调。本发明的滤波器，通过加载电压的方式利用铌酸锂的电光效应改变微腔谐振腔的滤波中心波长，其尺寸小，结构紧凑，具有广泛的实用性。

技术研发人员：刘波,王一凡,林炜,段少祥,刘海锋,姚远
受保护的技术使用者：南开大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14