2D- 3D异质结结构中超短耦合长度的研究

梁海瑶 张晶晶 冯志芳

(北京化工大学 数理学院， 北京 100029)

引 言

woodpile结构是平面外光学器件和集成光路中非常重要的平台，目前已经存在大量的相关报道[1-7]，如波导耦合器[1]、超高Q值三维光子晶体纳米谐振器[3]等。同时，近年来2D- 3D异质结结构因其二维结构设计的灵活性和简单性以及可以沿堆叠方向上制备密度集成电路而引起了广泛的关注[8-14]，例如，Chutinan 等[8-9]实现了位于不同平面层的波导的集成；Kawashima等[12]制造了一个L形的集成波导；Lin等[14]研究了包括两个波分复用器的平面外集成电路。

定向耦合器不仅是光学器件中的基本元器件，还是集成光路中的重要器件，可以用作功率分配器[15]、开关[16-19]、波分复用[19-20]等。有关二维结构中该器件的研究已有很多的理论和实验报道[15-25]，例如，Gao等[15]提出了一种新型的定向耦合器功率分配器；Zablocki等[16]设计了一种可在2.9 V低压条件下工作的紧凑的光子晶体定向耦合器，该绝缘子在绝缘硅平台上具有150 kHz的电光频率，开关时间为620 ns；Qu等[23]设计了一种具有高消光比(-35.07 dB)、短耦合长度(24a)、输入/输出通道去耦合的新型2×2定向耦合器结构；Bao等[25]研究了宽频带、低损耗的太赫兹光子晶体光纤定向耦合器，发现在1 THz的中心频率、0.25 THz的带宽和9.2 dB的总设备损耗下其具有最佳性能。定向耦合器中的耦合长度是实现紧凑型集成电路的重要参数，超短耦合长度能够有效减小集成电路的体积。研究者们针对耦合长度的调节开展了很多工作[26-30]，Moghaddam等[28]提出用正方晶格气孔结构代替三角晶格结构，在二维光子晶体(PC)中实现了小于3a的超短耦合长度；……