引用本文:
梅晨,陈鹤鸣:基于掺Bi复合稀土铁石榴石光子晶体滤波器[J]. 光通信技术,2019,43(6):21-24.
梅 晨1,陈鹤鸣2*
(1. 南京邮电大学 电子与光学工程学院,南京 210023;2. 南京邮电大学 贝尔英才学院,南京 210023)
【下载PDF全文】 【下载Word】摘要:为将磁性介质引入到光子晶体滤波器中,提高滤波器性能,提出一种新型二维正方晶格光子晶体滤波器,该滤波器由线缺陷波导和环形谐振腔组成,环形谐振腔由4层掺Bi复合稀土铁石榴石(TbYbBiIG)介质柱形成,通过外加磁场改变环形腔介质柱的磁导率来改变谐振腔介质柱的折射率,使谐振腔的谐振频率发生改变,从而实现1.55μm波段滤波。基于时域有限差分法(FDTD)的原理,应用Lumerical软件进行仿真分析,结果表明:该滤波器性能优良,插入损耗为0.46dB,3dB带宽为11.46GHz。
关键词:光子晶体;滤波器;谐振腔
中图分类号:TN814 文献标志码:A 文章编号:1002-5561(2019)06-0021-04
DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2019.06.006
0 引言
光子晶体是一种介电常数在空间周期性变化的结构,该介质中存在光子禁带,处于非禁带波段的电磁波才能在其中传播。滤波器用于对信号中特定频率的频点或该频点以外的频率进行有效滤除,得到一个特定频率的信号。基于光子晶体的光通信器件结构紧凑性,在未来光集成芯片和全光通信网络中具有巨大应用前景。相关研究已经引起关注,并成为目前光通信领域研究的热点。光子晶体滤波器是波分复用器重要的组成部分,在波分复用光通讯领域有着极其重要的地位。
光子晶体滤波器分为梳状滤波器[1]和二维光子晶体滤波器[2]。2003年,张玉萍等人[3]提出了一维光子晶体滤波器;Yoshthiro Akahane[4]为首的研究团队成功地制作出了二维光子晶体微腔谐振器;Chih-Wen Kuo 等人[5]设计出光子晶体滤波器,利用了二维光子晶体谐振腔与波导之间的耦合作用实现滤波的光子晶体光滤波器,但谐振波长带宽过窄,导致波导与谐振腔之间的耦合比较困难。随着研究的深入与科学的发展,对光子晶体材料多样性的研究越来越多。2008年,Hasek等人[6,7]在光子晶体中填充N-(4-甲氧基苄叉)-正丁基苯胺(5CB)向量液晶材料,但液晶材料光子晶体滤波器的动态响应慢。针对上述问题,又有学者提出引入磁性材料[8-11],通过将磁性介质引入到点缺陷中,从而形成一种新型由磁性介质和介质交替构成的光子晶体滤波器[12,13]。2011年,郭展等人[14]在二维光子晶体中填充磁性铁氧体材料[15-17],实现了0.8314~1.08542THz波段滤波。2016年,顾艳等人[18]提出了一种基于磁性光子晶体的高性能微波带通滤波器。同年,滕晨晨等人[19]提出一种采用石榴石型铁氧体磁性材料的太赫兹滤波器,通过改变外磁场影响铁氧体材料的磁导率,使谐振频率发生改变,从而对太赫兹波进行滤波。但这些磁光子晶体器件工作波长多处于太赫兹波段(频率为0.1~10THz,波长为30μm~-3mm),而对1.55μm波段的研究较少。
因此,本文采用磁性介质光子晶体,设计一种基于掺Bi复合稀土铁石榴石(TbYbBiIG)的二维正方晶格光子晶体滤波器。
3 结束语
本文采用石榴石型铁氧体材料作为谐振腔的光子晶体滤波器,在外加磁场强度为11.4T下实现1.55μm光波的滤波。仿真结果表明:该滤波器性能优良,插入损耗值为0.46dB,3dB带宽为11.46GHz,工作于1.55μm波段。该磁光子晶体滤波器在高速光通信领域有着潜在的应用价值。