一种多信道准周期光子晶体的制作方法

1.本实用新型属于全光通讯技术领域，涉及一种多信道准周期光子晶体。


背景技术：

2.在全光通信中，为了提高信道容量，常采用波分复用技术。传统的光子器件根据其频率特性，一般可分为带通、带阻、低通或高通元件，或者只能对某单一频率附近的光波进行处理。因此，要提高信道容量和光子器件的兼容性，迫切地需要发展具有离散信道的波分复用光子器件。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的是针对现有的技术存在的上述问题，提供一种多信道准周期光子晶体，本实用新型所要解决的技术问题是获得一种基于octonacci序列的多信道准周期光子晶体。
4.本实用新型的目的可通过下列技术方案来实现：一种多信道准周期光子晶体，其特征在于，多信道准周期光子晶体由若干第一电介质层和若干第二电介质层按规律排列而成，多信道准周期光子晶体中，序列号为s
n
的多信道准周期光子晶体中第一电介质层和第二电介质层的排列规律为：s
n
＝s
n
‑1s
n
‑2s
n
‑1，n≥3，其中下标n为多信道准周期光子晶体序列的序数；s1为第一电介质层，s2为第二电介质层；第一电介质层和第二电介质层为两种折射率不同的均匀电介质。
5.进一步的，所述第一电介质层为二氧化硅，所述第二电介质层为硅。
6.将折射率不同的两种电介质交替排列，可以形成光子晶体，故光子晶体在空间上具有周期性结构。在波矢空间，光子晶体具有类似于半导体中电子能带的光子能带结构。处于带隙内的光波会无透射地全部被反射回来。在光子晶体中引入缺陷层，透射谱中会出现单一的透射模。透射模对电场具有较强的局域性，常被用于光学双稳态器件。
7.为了提高光子晶体中透射模的数量，可在光子晶体中引入更多的缺陷层，形成准光子晶体。被截断的光子晶体就是光子多层。在数学中，octonacci序列是一种准周期序列。若将两种电介质薄片按octonacci序列规则排列，即可形成一种准周期光子多层。基于octonacci序列的光子多层具有多个缺陷腔，且在同一个缺陷腔中又存在多个缺陷模，因此，可该非周期光子多层可被用于制作多信道光子器件。另外，octonacci序列光子多层还具有光学分形的特性，即随着数列序列号的增加，多层结构中电介质层数也相应地增加，光子多层透射谱中的透射模呈几何级数分裂，从而形成光学分形态；且不同的序列号对应的透射谱，彼此之间具有自相似等特点。该结构可被用于多信道光通信，且信道的扩展可利用光学分形来实现。
8.此结构中存在多个透射共振模，且各共振模的中心频率可通过改变入射角来灵活地调控。
9.可通过增大光波在多信道准周期光子晶体上的入射角度来增加信道数数量；在入
射角度不变的情况下，利用octonacci序列光子多层透射谱的光学分形来扩展信道数量。
10.当入射角增大时，相对于垂直入射，斜入射的透射谱轮廓线整体上会向右移动。入射角为θ＝15
°
时，在归一化频率(ω
‑
ω0)/ω
gap
＝[
‑
1,1]区间内，透射模仍然是十个，即十个信道；而当入射角为θ＝30
°
时，在(ω
‑
ω0)/ω
gap
＝[
‑
1,1]区间内，透射模是十二个，即增加了两个信道。增大入射角度，波矢的水平分量减小，电介质层的厚度不变，因此要实现缺陷层共振所需的频率就大，即共振波长发生蓝移。于是得到，通过增大入射角可以增加信道数。
[0011]
序号s4对应的信道数为2个，序号s5对应的信道数为4个，序号s6对应的信道数为10个，序号s7对应的信道数为24个，序号s8对应的信道数为62个。可见，随着序列数的增加，光子多层的层数增加，透射模出现光学分形现象，其数量呈指数增长，则信道数量迅速增加。
附图说明
[0012]
图1是octonacci序列s5光子多层结构示意图
[0013]
图2是octonacci序列s6光子多层对应的透射谱。
[0014]
图3是入射角对透射谱影响。
[0015]
图4是octonacci序列光子多层中的光学分形，其中，图(a)对应s4，图(b)对应s5，图(c)对应s6，图(d)对应s7，图(e)对应s8。
[0016]
图中，a、第一电介质层；b、第二电介质层。
具体实施方式
[0017]
以下是本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步的描述，但本实用新型并不限于这些实施例。
[0018]
octonacci序列的迭代规则为：s
n
＝s
n
‑1s
n
‑2s
n
‑1，n≥3时；而s1＝a，s2＝b，其中下标n为序列的序数，a、b是两种折射率不同的均匀电介质。如图1给出了序数n＝5的octonacci序列光子多层结构。此结构也可以表示成s5＝babbbabbabbabbbab。另外，我们由此还可以迭代出：s3＝bab，s4＝babbbab，s5＝babbbabbabbabbbab(如图1所示)，s6＝s5s4s5，s7＝s6s5s6，s8＝s7s6s7，
……
。
[0019]
光从左边入射，符号i
i
表示入射光线，i
r
表示反射光线，i
t
表示透射光线。入射光为横磁(tm)波，入射角为θ。电介质a为二氧化硅，折射率为n
a
＝3.53，厚度为1/4光学波长，即d
a
＝λ0/4n
a
＝0.1098μm(μm表示微米)，其中λ0＝1.55μm为中心波长；b为硅，折射率为n
b
＝1.46，厚度为d
b
＝λ0/4n
b
＝0.2654μm。
[0020]
当tm光垂直入射时，改变入射光频率，图2给出的是octonacci序列s5光子多层对应的透射谱。纵坐标t表示透射率；横坐标(ω
‑
ω0)/ω
gap
表示归一化频率，其中ω＝2πc/λ、ω0＝2πc/λ0和ω
gap
＝4ω0arcsin
│
(n
a
‑
n
b
)/(n
a
n
b
)|2/π分别表示入射光角频率、入射光中心角频率和角频率带隙，c为真空中光速，arcsin为求反正弦函数。在归一化频率为[
‑
1,1]区间内，存在十个共振峰，即十个通信信道。这十个信道中心透射率从左到右依次为：t＝[1,1,1,0.9,1,1,0.9,1,1,1]，对应的中心频率分别为：(ω
‑
ω0)/ω
gap
＝[
‑
0.6056,
‑
0.5352,
‑
0.4616,
‑
0.1508,
‑
0.0428,0.0428,0.1508,0.4616,0.5352,0.6056]。
[0021]
当光波的入射角改变时，透射谱也随之改变。图3给出的是不同入射角对应的透射
谱。当入射角增大时，相对于垂直入射的情形，斜入射的透射谱轮廓线整体上向右移动。当入射角θ＝15
°
时，在(ω
‑
ω0)/ω
gap
＝[
‑
1,1]区间内，透射模仍然是十个，即十个信道；而当入射角θ＝30
°
时，在(ω
‑
ω0)/ω
gap
＝[
‑
1,1]区间内，透射模是十二个，即增加了两个信道。增大入射角度，波矢的水平分量减小，而电介质层的厚度不变，因此实现缺陷层共振所需的频率就变大，即共振波长发生蓝移。于是可以通过增大入射角来增加信道数量。
[0022]
另外一种增加信道数量的方式，便是利用octonacci序列光子多层透射谱的光学分形特性来使透射模分裂。在垂直入射时，图4(a)
‑
(e)分别给出的是序号为s4‑
s8的octonacci序列光子多层的透射谱。序号s4对应的信道数为2个，序号s5对应的信道数为4个，序号s6对应的信道数为10个，序号s7对应的信道数为24个，序号s8对应的信道数为62个。可见，随着序列数的增加，光子多层的层数增加，透射模的数量呈指数增长，则信道数量迅速地增加。
[0023]
下表给出的是不同序号的octonacci序列光子多层中的共振模数量。可以看到图4中三个区域i、ii和iii的信道数目的分裂情况，这种共振模的分裂现象就是光学分形，共振态即为光学分形态。光学分形态具有自相似特性，造成这种现象的原因是非周期序列的迭代原理，以及随着光子多层的层数增加，缺陷腔的数量和缺陷模的数量也随之增加。这种效应可用于多信道通信，以及信道的扩展。
[0024]
下表是不同序号的octonacci序列光子多层中的光学分形信道数。
[0025][0026]
总之，octonacci序列光子多层存在多个透射共振模，可被用于多信道通信，信道的中心频率可以通过改变入射角来进行调控。其次，octonacci序列光子多层中存在光学分形现象，即随着数列序号的增加，共振模的数量呈几何级数增加，因此，可通过增大octonacci序列的序号来扩展信道的数量。
[0027]
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。