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级联光子晶体Mach-Zehnder干涉仪的可调谐滤波特性

陈卫东,  于娜,  陈颖,  申远,  王文跃

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陈卫东, 于娜, 陈颖, 申远, 王文跃. 级联光子晶体Mach-Zehnder干涉仪的可调谐滤波特性[J]. 红外与激光工程, 2014, 43(12): 4023-4027.
引用本文: 陈卫东, 于娜, 陈颖, 申远, 王文跃. 级联光子晶体Mach-Zehnder干涉仪的可调谐滤波特性[J]. 红外与激光工程, 2014, 43(12): 4023-4027.
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Chen Weidong, Yu Na, Chen Ying, Shen Yuan, Wang Wenyue. Tunable filtering characteristics of cascaded photonic crystal Mach-Zehnder interferometer[J]. Infrared and Laser Engineering, 2014, 43(12): 4023-4027.
Citation: Chen Weidong, Yu Na, Chen Ying, Shen Yuan, Wang Wenyue. Tunable filtering characteristics of cascaded photonic crystal Mach-Zehnder interferometer[J]. Infrared and Laser Engineering, 2014, 43(12): 4023-4027.
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级联光子晶体Mach-Zehnder干涉仪的可调谐滤波特性

  • 1.

    燕山大学信息科学与工程学院,河北秦皇岛066004;

  • 2.

    河北省特种光纤与光纤传感重点实验室,河北秦皇岛066004;

  • 3.

    燕山大学电气工程学院,河北秦皇岛066004

基金项目: 

国家自然科学基金(61201112,61172044);河北省自然科学基金(F2013203250,F2012203169);河北省普通高等学校青年拨尖人才计划(BJ2014056);燕山大学青年教师自主研究计划(14LGA013)

详细信息
    作者简介:

    陈卫东(1971-),男,教授,硕士生导师,博士,主要从事移动机器人智能控制和光子晶体传感器件方面的研究。Email:wdchen@ysu.edu.cn

  • 中图分类号: TN713+.91

Tunable filtering characteristics of cascaded photonic crystal Mach-Zehnder interferometer

  • 1.

    College of Information Science and Engineering,Yanshan University,Qinhuangdao 066004,China;

  • 2.

    The Key Laboratory for Special Fiber and Fiber Sensor of Hebei Province,Qinhuangdao 066004,China;

  • 3.

    College of Electrical Engineering,Yanshan University,Qinhuangdao 066004,China

  • 摘要: 基于液晶的电控双折射特性和光子晶体自准直特性,在二维光子晶体引入复合缺陷提出一种可调谐Mach-Zehnder 干涉(MZI)滤波器结构,应用液晶系统的自由能理论,推导了外加电压与液晶有效折射率的关系,并结合MZI 相位调制原理和光子晶体等效折射率理论,得到液晶的电控双折射特性与MZI 滤波器的输出光谱间的数学关系,运用时域有限差分法(FDTD)对滤波器的输出进行仿真模拟,并根据仿真结果对结构进行一级级联的优化设计。结果表明：通过控制外加电压的大小可以改变输出端的透射波长,达到可调谐滤波的效果,并且一级级联后的滤波效果比级联前有很大的改善,滤波的半波带宽从20 nm 减小为7 nm,可调谐范围从15 nm 增大为40 nm,因此可以通过进一步级联的方式使滤波器结构更加的优化,以便运用到光波分复用系统中。
    Abstract: Based on the electrically controlled birefringence of the liquid crystal and the photonic crystal self-collimation effect, a tunable Mach-Zehnder interferometer filter structure was designed by introducing complex defects in the two-dimensional photonic crystal. The mathematical model was established between the applied voltage and the effective refractive index of the liquid crystal with applying free energy theory of the liquid crystal. Based on the phase modulation principle of Mach-Zehnder interferometer and the theory of the equivalent refractive index of the photonic crystal, the effect of the electrically controlled birefringence of the liquid crystal on output spectra of Mach-Zehnder interferometer filter was theoretical analyzed, and the output spectra of the filter was simulated with finite difference time domain method. And according to the simulation results, the cascaded optimization of the structure was designed. The results show that by controlling the applied voltage can change the transmission wavelength of output and achieve the effect of tunable filter. After level cascaded, the filter effect has a significant improvement. The filter bandwidth of a half-wave reduced from 20 nm to 7 nm, and the tuning range was increased from 15 nm to 40 nm. Therefore, the filter can more optimization by means of further cascading of the structure, in order to used in the optical wavelength division multiplexing system.
  • [1] Hung Huichuan, Wu Chienjang, Yang Tzongjer, et al. Tunable multichannel filter in a photonic crystal containing semiconductor photonic quantum well [J]. IEEE Photonics Journal, 2012, 4(1): 283-290.
    [2]
    [3]
    [4] Electro-optical tunable filter with symmetric generalized fibonacci photonic crystal [J]. Acta Photonica Sinica, 2011, 40(11): 1723-1727.
    [5] Su An. Photonic crystal quantum well with function of multi-channel photonic filter and amplifying[J]. Infrared and Laser Engineering, 2013, 42(3): 727-732. (in Chinese)
    [6]
    [7] Cos J, Ferre-Borrull J, Pallares J, et al. Tunable Fabry-Perot filter based on one-dimensional photonic crystals with liquid crystal components [J]. Optics Communication, 2009, 282: 1220-1225.
    [8]
    [9] Li Wenchao, Liu Zhengjun, Zhao Hongdong, et al. Design and characteristics of two-dimensional photonic crystal micro-cavity based on tunable defect refractive index [J]. Infrared and Laser Engineering, 2012, 41(2): 330-334. (in Chinese)
    [10]
    [11] Robinson S, Nakkeeran R. Investigation on two dimensional photonic crystal resonant cavity based bandpass filter [J]. Optik, 2012, 123: 451-457.
    [12]
    [13]
    [14] Liu Weijia, Tian Huiping, Ji Yuefeng, et al. Optical single sideband modulation of 60-GHz radio over fiber (ROF) system using ultra compact photonic crystal ring-shaped channel drop filer [J]. Optics Laser Technology, 2013, 49: 6-12.
    [15]
    [16] Feng Shuai, Wang Yiquan. Tunable multichannel drop filters based on the two-dimensional photonic crystal with oval defects [J]. Optik, 2012, 123: 688-691.
    [17] Sun Guilin, Kirk A G. On the relationship between Bloch modes and phase-related refractive index of photonic crystals[J]. Optics Express, 2007, 15(20): 13149-113154.
  • [1] 李春宇, 于丙石, 赵波, CarmeloRosales-Guzmán, 白振旭, 朱智涵.  液晶几何相位技术实现光场空间结构全维度调控 . 红外与激光工程, 2023, 52(8): 20230396-1-20230396-3. doi: 10.3788/IRLA20230396
    [2] 王波, 黄育飞, 苏安, 高英俊.  两端对称复缺陷对光子晶体透射特性的激活效应 . 红外与激光工程, 2021, 50(S2): 20200356-1-20200356-6. doi: 10.3788/IRLA20200356
    [3] 蒙成举, 韦吉爵, 苏安, 潘继环, 高英俊.  双通道光子晶体滤波器的电控调制研究 . 红外与激光工程, 2020, 49(S2): 20200222-20200222. doi: 10.3788/IRLA20200222
    [4] 郭弘扬, 杜升平, 黄永梅, 付承毓.  液晶空间光调制器过驱动方法的FPGA实现 . 红外与激光工程, 2019, 48(7): 722002-0722002(7). doi: 10.3788/IRLA201948.0722002
    [5] 许艺腾, 李国元, 邱春霞, 薛玉彩.  基于地形相关和最小二乘曲线拟合的单光子激光数据处理技术 . 红外与激光工程, 2019, 48(12): 1205004-1205004(10). doi: 10.3788/IRLA201948.1205004
    [6] 潘继环, 苏安, 赵宏斌, 韦永相, 高英俊.  对称双缺陷对光子晶体光传输特性的调制 . 红外与激光工程, 2019, 48(S1): 152-157. doi: 10.3788/IRLA201948.S121001
    [7] 汪相如, 周庄奇.  液晶光学相控阵在高功率激光应用中的研究进展(特邀) . 红外与激光工程, 2018, 47(1): 103006-0103006(9). doi: 10.3788/IRLA201847.0103006
    [8] 潘继环, 苏安, 吕琳诗, 农慧霞, 韦爱珍, 钟发辉, 韦宇森, 高英俊.  四元异质结构光子晶体的可调通道滤波功能 . 红外与激光工程, 2017, 46(S1): 110-114. doi: 10.3788/IRLA201746.S121001
    [9] 毛红敏, 马锡英, 王晓丹, 徐国定.  多通道可调谐1.55μm光子晶体滤波器 . 红外与激光工程, 2017, 46(6): 620002-0620002(5). doi: 10.3788/IRLA201746.0620002
    [10] 苏安, 王高峰, 蒙成举, 唐秀福, 高英俊.  光子晶体二元缺陷微腔的光传输特性 . 红外与激光工程, 2017, 46(6): 620004-0620004(7). doi: 10.3788/IRLA201746.0620004
    [11] 贺晓娴, 汪相如, 李曼, 胡明刚, 柳建龙, 邱琪.  液晶中波红外光学相控阵关键技术研究进展 . 红外与激光工程, 2016, 45(8): 830003-0830003(6). doi: 10.3788/IRLA201645.0830003
    [12] 苏安, 欧阳志平, 王高峰, 罗家昌, 徐德胜, 高英俊.  二元级联结构光子晶体的全向反射镜功能 . 红外与激光工程, 2016, 45(S2): 84-89. doi: 10.3788/IRLA201645.S221001
    [13] 韦吉爵, 苏安, 唐秀福, 高英俊, 梁祖彬, 陈颖川.  缺陷对一维光子晶体滤波性能的调制 . 红外与激光工程, 2015, 44(S1): 168-172.
    [14] 佟庆, 荣幸, 张新宇, 桑红石, 谢长生.  用于测量和调控入射光偏振态的大面积阵列液晶器件 . 红外与激光工程, 2014, 43(2): 474-478.
    [15] 孔悦, 徐熙平, 倪小龙.  基于GPU 的液晶大气湍流模拟器的波面生成计算 . 红外与激光工程, 2014, 43(9): 3061-3065.
    [16] 陈颖, 王文跃, 范卉青, 卢波.  异质结构光子晶体微腔实现多通道可调谐滤波 . 红外与激光工程, 2014, 43(10): 3399-3403.
    [17] 李文胜, 张琴, 黄海铭, 付艳华.  采用含掺杂半导体光子晶体的太赫兹梳状滤波器 . 红外与激光工程, 2014, 43(6): 1869-1872.
    [18] 乌日娜, 李勇, 闫彬, 岱钦, 于涛, 徐送宁.  液晶分子取向对一维光学多层膜光子晶体透射谱的影响 . 红外与激光工程, 2013, 42(3): 738-741.
    [19] 苏安.  实现多通道光滤波与放大功能的光子晶体量子阱 . 红外与激光工程, 2013, 42(3): 727-732.
    [20] 李文胜, 张琴, 黄海铭, 付艳华.  含液晶层光子晶体的应用研究 . 红外与激光工程, 2013, 42(6): 1542-1546.
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出版历程
  • 收稿日期:  2014-04-10
  • 修回日期:  2014-05-15
  • 刊出日期:  2014-12-25

级联光子晶体Mach-Zehnder干涉仪的可调谐滤波特性

  • 1. 燕山大学信息科学与工程学院,河北秦皇岛066004;
  • 2. 河北省特种光纤与光纤传感重点实验室,河北秦皇岛066004;
  • 3. 燕山大学电气工程学院,河北秦皇岛066004
    • 作者简介:

    陈卫东(1971-),男,教授,硕士生导师,博士,主要从事移动机器人智能控制和光子晶体传感器件方面的研究。Email:wdchen@ysu.edu.cn

  • 收稿日期: 2014-04-10
  • 修回日期: 2014-05-15
  • 刊出日期: 2014-12-25
基金项目:

国家自然科学基金(61201112,61172044);河北省自然科学基金(F2013203250,F2012203169);河北省普通高等学校青年拨尖人才计划(BJ2014056);燕山大学青年教师自主研究计划(14LGA013)

  • 中图分类号: TN713+.91

摘要: 基于液晶的电控双折射特性和光子晶体自准直特性,在二维光子晶体引入复合缺陷提出一种可调谐Mach-Zehnder 干涉(MZI)滤波器结构,应用液晶系统的自由能理论,推导了外加电压与液晶有效折射率的关系,并结合MZI 相位调制原理和光子晶体等效折射率理论,得到液晶的电控双折射特性与MZI 滤波器的输出光谱间的数学关系,运用时域有限差分法(FDTD)对滤波器的输出进行仿真模拟,并根据仿真结果对结构进行一级级联的优化设计。结果表明：通过控制外加电压的大小可以改变输出端的透射波长,达到可调谐滤波的效果,并且一级级联后的滤波效果比级联前有很大的改善,滤波的半波带宽从20 nm 减小为7 nm,可调谐范围从15 nm 增大为40 nm,因此可以通过进一步级联的方式使滤波器结构更加的优化,以便运用到光波分复用系统中。

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