一种低损耗窄频带的四通道光子晶体滤波器

本发明涉及一种面向光片上网络集成的波分复用技术，具体为一种小尺寸、低损耗、易集成的光子晶体滤波器。

背景技术：

1、光子晶体是一种具有周期性介电常数结构的材料，在这种材料中，光子的传播受到布拉格衍射的限制，从而形成了光子带隙，使得只有特定波长的光能够通过，基于这一特性，光子晶体可以用于设计高效的光学滤波器，其在光通信、光谱分析、生物医学成像等领域具有广泛的应用前景。二维光子晶体滤波器的设计和优化是研究领域的关键内容。设计一个高性能的二维光子晶体滤波器需要考虑光子晶体的结构参数、材料性质以及滤波器的工作波长范围等因素，通过数值模拟和实验优化，得到满足特定需求的滤波器结构。制造光子晶体滤波器通常需要精确的纳米尺度结构，例如周期性的介电常数变化。这种制造过程技术上挑战巨大，并且可能导致成本昂贵，限制了大规模应用的可能性，因此目前对于光子晶体滤波器设计大多数停留在仿真优化阶段。随着通信系统和传感器对频率调谐能力的需求增加，光子晶体滤波器需要具备多功能性和调谐能力。设计满足不同频率需求的光子晶体滤波器，以及实现可调谐性，是当前的研究重点之一。

技术实现思路

1、本发明针对1200nm-1400nm红外波段设计一种低损耗窄频带的四通道光子晶体滤波器，在保证滤波器结构尺寸足够小的前提下，滤波器分别输出1284.65nm、1301.43nm、1342.38nm和1355.75nm4个通道谐振波长，且具有较高的品质因子，输出透射率均达到99％。

2、本发明采用技术方案为：该四通道光子晶体滤波器包括了1个输入总线波导、1个反射结构、4个六边形微腔，8个点缺陷和4个输出波导。本发明具有以下结构特点：

3、1、在保证尺寸较小的前提下设计四通道光子晶体滤波器，在不增加介质柱的前提下调节结构提高滤波器性能，且大部分介质柱的结构参数都相同，结构简单，易于制作。

4、2、本发明包含了4个六边形谐振腔，分别组成4个六边形微腔的圆介质柱半径各不相同，且其相应的半径都大于其余光子晶体圆介质柱半径。

5、3、每个六边形微腔内构造两个点缺陷，且相应点缺陷的半径都小于其余光子晶体圆介质柱半径。构成点缺陷的光子晶体介质柱为相变材料ge2sb2te5，其余光子晶体介质柱为半导体材料硅。

6、4、本发明的4个谐振腔放置为“x”型，即沿着输入总线波导上下对称分别放置左右两个六边形微腔。各信道输出具有唯一性，且输出谐振波长均具有高透射率和高品质因子。

技术特征：

1.一种低损耗窄频带的四通道光子晶体滤波器，其特征是，将18×19的三角形晶格阵列放置在空气材料背景中组成该光子晶体滤波器，其整体结构包括1个输入总线波导、1个反射结构、4个六边形微腔，8个点缺陷和4个输出波导。

2.根据权利要求1所述的一种低损耗窄频带的四通道光子晶体滤波器，其特征是，二维光子晶体沿着x-z面呈三角形晶格周期性排列，晶格常数为a＝0.526μm，圆介质柱半径为r＝0.18a，沿着输入总线波导上下对称分别放置两个六边形微腔，微腔内放置点缺陷，谐振腔输出波导均为侧耦合输出。

3.根据权利要求1或2所述的一种低损耗窄频带的四通道光子晶体滤波器，其特征是，分别组成4个六边形微腔的圆介质柱半径各不相同，根据图1，按照标号1—4顺序，构成各六边形微腔的外圈圆介质柱半径逐渐增大，且其相应的半径都大于其余光子晶体圆介质柱半径。

4.根据权利1或2所述的一种低损耗窄频带的四通道光子晶体滤波器，其特征是，每个六边形微腔内构造两个点缺陷，两个点缺陷半径不相等。根据图1，按照标号5—8顺序，各六边形微腔内的点缺陷半径逐渐增大，且点缺陷的半径都小于其余光子晶体圆介质柱半径。

5.根据权利要求1或2所述的一种低损耗窄频带的四通道光子晶体滤波器，其特征是，构成六边形微腔内点缺陷的光子晶体介质柱为相变材料ge2sb2te5,构成其余光子晶体介质柱都为半导体材料硅。

技术总结
本发明提出了一种低损耗窄频带的四通道光子晶体滤波器。将18×19的三角形晶格阵列放置在空气材料背景中，尺寸大小约为93.27μm<supgt;2</supgt;。构成四个六边形微腔的圆介质柱半径各不相同，并在微腔内放置两个点缺陷，六边形微腔与点缺陷相结合构成耦合结构进行选频滤波。对该结构进行多次仿真实验分析，输出了1284.65nm、1301.43nm、1342.38nm和1355.75nm四通道的谐振波长，且透射率均为99％以上，各通道之间干扰小，保证了独立通道输出波长的唯一性。

技术研发人员：胡聪,黄焕雄,黄喜军,万春霆
受保护的技术使用者：桂林电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23