引用本文:

武晴涛,文化锋,王红华. 二维正方晶格光子晶体分束器设计与分析[J]. 光通信技术,2020,44(4):40-42.

二维正方晶格光子晶体分束器设计与分析

武晴涛,文化锋,王红华

(宁波大学 信息科学与工程学院,浙江 宁波 315211)

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摘要:光学器件应用于集成光路中尺寸必须足够小,传统耦合分束方式需较长的耦合距离,尺寸不易控制在较小范围内。采用耦合区域增加可变介质柱可以有效减小耦合距离,在完整的光子晶体中引入直波导,并且在直波导的出射端设计成3个波导出射口,其中两侧出射口结构完全相同。利用时域有限差分法分析,结果表明:通过改变直波导间耦合区域的介质柱大小可实现控制光波功率分配的目的,从而实现了波导传播过程的分光比。

关键词:光子晶体;耦合;分束器;分光比

中图分类号:TN256 文献标志码:文章编号:1002-5561(2020)04-0040-03

DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2020.04.010

0 引言
      分束器是超密集成光路的重要设备,是光子多功能设备和系统的关键构成模块。近年来,基于光子晶体波导定向耦合、多模干涉效应的光分束器得到了深入研究[1-4]。目前,主要有2种不同的方法将输入信号的功率平均分配到2个端口,即通过定向耦合器[5-7]设计成Y型结构或T型结构[8-10]。文献[11]中提出了一种基于光子晶体波导定向耦合器的超微偏振分束器,由于未考虑反射,该分束器的透射率较低。文献[12]利用在拐角处设计合适阶梯型的结构可以作为光波传播时的缓冲层有效降低弯折处能量损耗,但是该种分束器并非耦合型分束器,分束器的灵活性不高。文献[13]中提出的光波导方向耦合器是利用波导间的耦合特性进行光波分束,但是需要在满足一定的耦合长度的基础上不断改变结构,并且分束器的尺寸随耦合长度的增加而增加。本文通过设计合理的耦合长度(耦合长度永远不会改变)来设计一种光子晶体分束器。

3 结束语
       本文设计了一种新型的耦合分束器,相比于其它分束器,结构更简单并且灵活度更高,可以通过改变耦合区域的介质柱半径大小改变分光程度。当r1=r、r2=r时该器件为单波导传播;当r1=0.5r、r2=0.4r时该器件为分束器光路双波导传播;当r1=0.6r、r2=r或r1=r、r2=0.5r时该器件为三波导等量传播。这种设计更加符合集成光学的需求,合理设置耦合区域介质柱的半径大小就可轻易控制分光比。仿真表明:通过设计此种结构可以有效降低光波能量损耗;本文的结构设计不仅结构简单而且尺寸可控制在较小的范围内,更加适用于光学设备中。