高品質(zhì)因子光子晶體環(huán)狀腔

　　ICCSZ訊 光子晶體是一種周期性的光學(xué)結(jié)構(gòu)，具有光子帶隙的特性，能夠有效控制光波的傳輸。在完美光子晶體結(jié)構(gòu)中引入一些缺陷，就會(huì)形成光子晶體微腔。光子晶體微腔因其品質(zhì)因子高、模式體積小、尺寸小等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為實(shí)現(xiàn)光子集成回路的一種有前景的平臺(tái)。在二維光子晶體中，引入一個(gè)六邊形的缺陷就可以形成一個(gè)光子晶體環(huán)狀腔。光子晶體環(huán)狀腔具備如下優(yōu)點(diǎn)：尺寸小、多模特性、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)靈活、可通過(guò)耦合強(qiáng)度的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)上下載濾波器的正向反向下載。目前，光子晶體環(huán)狀腔已被廣泛應(yīng)用于濾波器、波分復(fù)用解調(diào)器、激光器、功分器、傳感器等。其中大部分工作是基于介質(zhì)柱型的光子晶體，并且多為模擬結(jié)果。2013年，有研究人員實(shí)現(xiàn)了基于空氣孔型光子晶體的環(huán)狀腔，不過(guò)其品質(zhì)因子僅為300。

　　武漢光電國(guó)家實(shí)驗(yàn)室先進(jìn)納米光子學(xué)與集成研究小組的博士生張永在夏金松教授的指導(dǎo)下，提出并實(shí)現(xiàn)了一種高品質(zhì)因子光子晶體環(huán)狀腔的方案。理論上，通過(guò)減小環(huán)狀腔邊角的六個(gè)空氣孔的大小，環(huán)狀腔的品質(zhì)因子可達(dá)到121000以上。通過(guò)分析環(huán)狀腔的動(dòng)量空間分布，發(fā)現(xiàn)高品質(zhì)因子源于泄漏區(qū)內(nèi)的k分量的減小。實(shí)驗(yàn)中，也實(shí)現(xiàn)了高品質(zhì)因子的環(huán)狀腔的制作表征，最高品質(zhì)因子達(dá)到了75200，為已報(bào)道結(jié)果的最高值。高品質(zhì)因子光子晶體環(huán)狀腔在波分復(fù)用系統(tǒng)、發(fā)光器件、全光信息處理中有巨大潛在應(yīng)用。

　　該成果發(fā)表于美國(guó)光學(xué)協(xié)會(huì)旗下雜志Optics Letters上(Vol. 39, Issue 5, 1282-1285, 2014)。該研究得到了國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃973項(xiàng)目(No. 2013CB632104, 2013CB933303, 2012CB922103)和國(guó)家自然科學(xué)基金(No. 61177049, 61335002)的支持。

　圖（a）制備的環(huán)狀腔的電鏡圖片 （b）環(huán)狀腔拐角處放大圖片 （c）實(shí)驗(yàn)制備的環(huán)狀腔的傳輸譜 （d）環(huán)狀腔諧振模式4的局部放大傳輸譜