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国家实验室高品质因子光子晶体环状腔方案

导读: 光子晶体是一种周期性的光学结构,具有光子带隙的特性,能够有效控制光波的传输。

  光子晶体是一种周期性的光学结构,具有光子带隙的特性,能够有效控制光波的传输。在完美光子晶体结构中引入一些缺陷,就会形成光子晶体微腔。光子晶体微腔因其品质因子高、模式体积小、尺寸小等优点,已经成为实现光子集成回路的一种有前景的平台。在二维光子晶体中,引入一个六边形的缺陷就可以形成一个光子晶体环状腔。光子晶体环状腔具备如下优点:尺寸小、多模特性、结构设计灵活、可通过耦合强度的设计实现上下载滤波器的正向反向下载。目前,光子晶体环状腔已被广泛应用于滤波器、波分复用解调器、激光器、功分器、传感器等。其中大部分工作是基于介质柱型的光子晶体,并且多为模拟结果。2013年,有研究人员实现了基于空气孔型光子晶体的环状腔,不过其品质因子仅为300。

  武汉光电国家实验室先进纳米光子学与集成研究小组的博士生张永在夏金松教授的指导下,提出并实现了一种高品质因子光子晶体环状腔的方案。理论上,通过减小环状腔边角的六个空气孔的大小,环状腔的品质因子可达到121000以上。通过分析环状腔的动量空间分布,发现高品质因子源于泄漏区内的k分量的减小。实验中,也实现了高品质因子的环状腔的制作表征,最高品质因子达到了75200,为已报道结果的最高值。高品质因子光子晶体环状腔在波分复用系统、发光器件、全光信息处理中有巨大潜在应用。

图(a)制备的环状腔的电镜图片 (b)环状腔拐角处放大图片 (c)实验制备的环状腔的传输谱 (d)环状腔谐振模式4的局部放大传输谱

图(a)制备的环状腔的电镜图片 (b)环状腔拐角处放大图片 (c)实验制备的环状腔的传输谱 (d)环状腔谐振模式4的局部放大传输谱

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