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光子晶体硅光波导
资料介绍
一、光子晶体硅光波导的基本概念
光子晶体硅光波导是将光子晶体结构与硅基材料结合制备的光波导器件,属于硅基光子学与光子晶体技术交叉的研究领域。光子晶体是由不同折射率的介质材料按照周期性规律排列形成的人工微结构,核心特性是存在光子带隙,频率处于光子带隙范围内的光波无法在光子晶体中传播,这种特性可以实现对光波传播的人为调控。而硅材料因为具有较高的折射率(通信波长下约为3.5),天然适合构建高折射率差的光子晶体结构,同时硅基制备工艺与成熟的CMOS集成电路工艺兼容,能够实现光电子器件的单片集成,因此光子晶体硅光波导成为了集成光子学领域的重要研究方向。
与传统的硅光波导相比,光子晶体硅光波导对光的限制能力更强。传统硅基条形波导或者脊型波导主要依靠全内反射效应限制光场,弯曲波导的弯曲半径通常需要达到数微米甚至数十微米才能避免过大的弯曲损耗,而光子晶体硅光波导可以利用光子带隙效应限制光场,能够实现半径更小的低损耗弯曲,这对于缩小光子集成芯片的尺寸、提高芯片集成度具有重要意义。同时,通过在光子晶体的周期性结构中引入不同类型的缺陷,就可以改变光子晶体原本的带隙结构,形成能够让特定频率光波传播的导模,进而实现不同功能的光波导器件。
二、光子晶体硅光波导的工作原理
2.1 光子带隙效应
光子晶体硅光波导的工作核心是光子带隙效应。当两种折射率不同的材料周期性排列时,根据布洛赫定理,光波在周期性结构中传播时会被周期性的折射率势场调制,形成能带结构,相邻能带之间会出现不存在任何传播模式的频率区间,这个区间就是光子带隙。对于硅基光子晶体来说,通常是在硅材料上加工出周期性排列的空气孔,空气折射率约为1,与硅的折射率差较大,因此可以形成宽度较大的完整光子带隙,能够将特定波长范围的光波限制在缺陷区域内传播。
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| 光子晶体硅光波导.docx | 17K |
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