可用于拓宽光波单向传输带宽的光子晶体异质结构界面

发布时间：2018-08-31 07:27

【摘要】：基于光波单向传输的全光二极管在集成光通信、全光网络和光信息处理中有重要应用.基于方向带隙失配设计的光子晶体异质结构可实现光波单向传输,但正向透射率较低,带宽较窄.基于对光子晶体异质界面倾斜角度的研究,根据界面全反射条件,利用可集成材料硅和二氧化硅设计了一种空气孔型二维光子晶体异质结构.异质结构界面两侧的光子晶体对1550 nm波长附近的TE模光波在Γ-X方向均呈导带,避免了方向带隙失配.研究发现当异质界面满足全反射条件时,由于光子晶体的自准直效应,较宽波段的正向光波得以高效传播,而反向光波在界面由于全反射而被禁止传播.光子晶体异质结构界面的全反射效应打破了方向带隙对光波单向传输的限制,使得反向光波在光子晶体中为导带时同样可实现近零透射率,从而拓宽了光波单向传输的波长范围.基于全反射界面的光子晶体异质结构经过优化后,其正向透射率达0.64,透射对比度为0.97,单向传输带宽可达553 nm.
[Abstract]:All-optical diodes based on unidirectional transmission of optical wave have important applications in integrated optical communication, all-optical network and optical information processing. The photonic crystal heterostructure based on directional bandgap mismatch can realize the unidirectional transmission of optical wave, but the forward transmittance is lower and the bandwidth is narrow. Based on the investigation of the tilt angle of the photonic crystal heterostructure, an air-porous two-dimensional photonic crystal heterostructure was designed by using the integrated materials silicon and silica according to the total reflection condition of the interface. The photonic crystals on both sides of the heterostructure interface exhibit conduction bands for the TE mode light waves near the wavelength of 1550 nm in the 螕 -X direction, thus avoiding the directional bandgap mismatch. It is found that because of the autocollimation effect of photonic crystal, the forward light wave in wider band can propagate efficiently when the heterogeneity interface satisfies the total reflection condition, while the backward light wave is forbidden to propagate at the interface due to total reflection. The total reflection effect at the interface of photonic crystal heterostructure breaks the restriction of directional band gap on the unidirectional transmission of optical wave, which makes the reverse light wave can also achieve near zero transmittance when it is a conduction band in photonic crystal. Thus, the wavelength range of optical wave propagation is widened. The photonic crystal heterostructure based on total reflection interface is optimized. The forward transmittance is 0.64, the transmission contrast is 0.97, and the unidirectional transmission bandwidth is up to 553 nm..
【作者单位】： 太原理工大学物理与光电工程学院;太原理工大学新型传感器与智能控制教育部重点实验室;斯威本科技大学微光子中心;山西大学理论物理研究所;
【基金】：国家自然科学基金(批准号:61575138);国家自然科学基金青年科学基金(批准号:61505135) 山西省自然科学基金(批准号:2016011048) 国家留学基金委(批准号:201508140067)资助的课题~~
【分类号】：O734

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本文编号：2214302