近紅外波段二維平板光子晶體多功能器件的集成研究

《近紅外波段二維平板光子晶體多功能器件的集成研究》是依託煙臺大學，由任承擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：近紅外波段二維平板光子晶體多功能器件的集成研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：任承
• 依託單位：煙臺大學

項目摘要

隨著微納米加工技術的發展，二維平板光子晶體成為小型化全光集成的重要平台。通過在平板內引入點、線缺陷等人工缺陷態，經合理的最佳化設計，可以實現高傳輸效率的二維平板光子晶體功能器件，如：光子晶體波導、方向耦合器和濾波器等。組建光子集成迴路時，一般需要實現多種功能，必然涉及不同器件的集成。然而，已經最佳化的單功能器件經簡單集成後，集成性能往往會退化，導致傳輸效率降低，因而多功能器件的結構最佳化是必須的。本項目將研究近紅外波段二維平板光子晶體多功能器件的集成。將在理論和實驗兩方面開展研究工作。首先將結構最佳化的二維光子晶體單模波導與多模波導、拐彎波導與方向耦合器、波導與能帶色散器件等分別集成，利用耦合模理論和時域有限差分等相結合的方法，對集成器件進行結構最佳化設計，得到高效率傳輸的多功能器件。實驗上利用電子束曝光等方法製備相應結構的多功能器件，並測量其光學特性。本項目的成功將推動二維平板光子集成迴路研究。

結題摘要

本項目根據預定的研究內容和研究目標，在二維平板光子晶體濾波器、二維平板光子晶體空氣槽納米腔、光子晶體的自準直效應、具有單向傳輸和分束特性的光子晶體二極體等多種功能光子集成器件方面取得了較好的結果。通過結構最佳化設計，對於由單模波導和微腔組成的二維平板光子晶體雙連線埠濾波器，引入封閉波導作為反饋方式，在實驗上取得了40%的濾波效率；為了提高單模光纖與光子器件的耦合效率，考慮多模波導和單模微腔的耦合，在實驗上實現了近紅外波段高效率傳輸的二維平板光子晶體W3-Y型四通道選頻濾波輸出；通過最佳化腔區和背景區之間的空氣孔半徑引入Taper結構，在近紅外波段實現了高Q/V值的二維平板光子晶體空氣槽納米腔；在腔區引入橢圓形空氣孔，通過調節橢偏率和旋轉角，在幾乎整個mode-gap區實現了頻率連續可調諧的光子晶體空氣槽納米腔；通過最佳化異質結界面處的光子晶體結構，在較寬的頻帶內使矽基二極體的單向傳輸率提高了20%左右；對於矽基金屬型正方晶格光子晶體，通過引入不同的異質結結構，實現了入射光光束的單向傳輸和分束的多功能特性。本項目組成員在Optical Materials, Chinese Physics B, Chinese Science Bulletin, Optics Express, Optics Communications等學術刊物上共接受和發表論文19篇，其中SCI收錄16篇，EI收錄1篇。