光子晶體簡介與高品質(zhì)因子光子晶體環(huán)狀腔方案

　　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(jié)構(gòu)設(shè)計靈活、可通過耦合強度的設(shè)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(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(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(dá)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(dá)到了75200，為已報道結(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。

　　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