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結構，具有光子帶隙的特性，能夠有效控制光波的傳輸。在完美光子晶體結構中引入一些缺陷，就會形成光子晶體微腔。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，已經(jīng)成為實現(xiàn)光子集成回路的一種有前景的平臺。在二維光子晶體中，引入一個六邊形的缺陷就可以形成一個光子晶體環(huán)狀腔。光子晶體環(huán)狀腔具備如下優(yōu)點：尺寸小、多模特性、結構設計靈活、可通過耦合強度的設計實現(xiàn)上下載濾波器的正向反向下載。目前，光子晶體環(huán)狀腔已被廣泛應用于濾波器、波分復用解調(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，并且多為模擬結果。2013年，有研究人員實現(xiàn)了基于空氣孔型光子晶體的環(huán)狀腔，不過其品質(zhì)因子僅為300。

　　武漢光電國家實驗室先進納米光子學與集成研究小組的博士生張永在夏金松教授的指導下，提出并實現(xiàn)了一種高品質(zhì)因子光子晶體環(huán)狀腔的方案。理論上，通過減小環(huán)狀腔邊角的六個空氣孔的大小，環(huán)狀腔的品質(zhì)因子可達到121000以上。通過分析環(huán)狀腔的動量空間分布，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。實驗中，也實現(xiàn)了高品質(zhì)因子的環(huán)狀腔的制作表征，最高品質(zhì)因子達到了75200，為已報道結果的最高值。高品質(zhì)因子光子晶體環(huán)狀腔在波分復用系統(tǒng)、發(fā)光器件、全光信息處理中有巨大潛在應用。

　　該成果發(fā)表于美國光學協(xié)會旗下雜志Optics Letters上(Vol. 39, Issue 5, 1282-1285, 2014)。該研究得到了國家重點基礎研究發(fā)展計劃973項目(No. 2013CB632104, 2013CB933303, 2012CB922103)和國家自然科學基金(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）實驗制備的環(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