CN1996098A - 一种基于二维光子晶体的微纳全光显示器件 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种基于二维光子晶体的全光显示器件，特别是一种微纳尺寸的全光显示器件。包括有有限高度二维光子晶体板层(3)，其中有限高度二维光子晶体板层(3)中至少引入一条直线的空气传输波导(L)和若干个不同频率的共振微腔，与若干个不同频率的共振微腔的频率相对应的若干种不同频率的信号光从空气传输波导(L)的一端输入。本发明由于采用具有一条空气传输波导和若干个不同频率的共振微腔的结构，通过改变输入光的频率和共振微腔的截面半径即实现可见光波段的显示功能，本发明是一种设计巧妙的基于二维光子晶体的微纳全光显示器件。
Description
技术领域：
本发明是一种基于二维光子晶体的全光显示器件，特别是一种微纳尺寸的全光显示器件，属于基于二维光子晶体的全光显示器件的创新技术。
背景技术：
由于二维光子晶体对光信号具有良好的控制性且便于研制，所以引起了广大研究者的兴趣。但是目前基于二维光子晶体器件主要是光通信方面的研究，没有涉及可见光方面的研究。
发明内容：
本发明的目的在于利用二维光子晶体对光的良好的控制性，提出了一种在可见光波段、结构简单的基于二维光子晶体的微纳全光显示器件。
本发明的原理框图如图1所示，包括有有限高度二维光子晶体板层(3)，其中有限高度二维光子晶体板层(3)中引入一条直线的空气传输波导(L)和若干个不同频率的共振微腔，与若干个不同频率的共振微腔的频率相对应的若干种不同频率的信号光从空气传输波导(L)的一端输入。
上述若干个不同频率的共振微腔分别对称位于空气传输波导(L)的两边，若干个共振微腔的截面半径不一样，且不同截面半径的微腔所对应的从空气传输波导(L)输入的信号光的共振频率也不相同。
上述有限高度二维光子晶体板层(3)中引入一条直线的空气传输波导(L)和四个不同频率的共振微腔(f1、f2、f3、f4)，与四个不同频率的共振微腔(f1、f2、f3、f4)的频率相对应的四种不同频率的信号光从空气传输波导(L)的一端输入。
上述四个不同频率的共振微腔(f1、f2、f3、f4)的各两个分别位于空气传输波导(L)的两边，四个共振微腔(f1、f2、f3、f4)的截面半径不一样，且不同截面半径的微腔所对应的从空气传输波导(L)输入的信号光的共振频率也不相同。
上述空气传输波导(L)中传输的四种不同频率的信号光是分别与四个共振微腔(f1、f2、f3、f4)的频率相对应的TM偏振的可见光。
上述四种不同频率的可见光从空气传输波导(L)的一端输入，并在波导中传播，且分别与其频率相对应的共振微腔发生共振并从微腔中发射出去。
上述有限高度二维光子晶体板层(3)的底部还设有缓冲层(2)及衬底(1)，缓冲层(2)和有限高度二维光子晶体板层(3)依次覆盖在衬底(1)上。
上述有限高度二维光子晶体板层(3)是对可见光透明且折射率较高的光电子材料，衬底(1)及缓冲层(2)是对可见光透明且折射率较低的光电子材料。
本发明由于采用具有一条空气传输波导和若干个不同频率的共振微腔的结构，通过改变输入光的频率和共振微腔的截面半径即实现可见光波段的显示功能，本发明是一种设计巧妙的基于二维光子晶体的微纳全光显示器件。
附图说明：
图1为本发明结构示意图；
图2a、图2b、图2c、图2d为本发明的从四个微腔中发射出来的四种可见光的光强模拟结果示例图。
具体实施方式：
实施例：
本发明的结构示意图如图1所示，包括有有限高度二维光子晶体板层3，其中有限高度二维光子晶体板层3中引入一条直线的空气传输波导L和若干个不同频率的共振微腔，与若干个不同频率的共振微腔的频率相对应的若干种不同频率的信号光从空气传输波导L的一端输入。有限高度二维光子晶体板层3是由有限高度的介质柱排成的六方晶格体系。本发明中的二维光子晶体的禁带落在可见光波长波段，利用光子晶体禁带理论以及直线波导和微腔相结合的理论，本发明可在同一个光子晶体上实现全光显示。
上述若干个不同频率的共振微腔分别对称位于空气传输波导L的两边，若干个共振微腔的截面半径不一样，且不同截面半径的微腔所对应的从空气传输波导L输入的信号光的共振频率也不相同。
本实施例中，二维光子晶体板层的禁带宽度为：430nm～645nm，包括有一条直线空气波导L、四个输出微腔f1、f2、f3、f4。直线波导L的宽度为295nm，长度为3087nm，四个输出微腔f1、f2、f3、f4的截面半径分别是：130nm、127nm、117nm、113nm，每个微腔与直线波导的距离都是186nm。微腔f1和f2在直线波导L左边，微腔f1和f2之间的距离为1290nm；微腔f3和f4在直线波导L右边，微腔f3和f4之间的距离也为1290nm。二维光子晶体板层的高度为430nm，直线波导和所有微腔的高度都为430nm。
上述有限高度二维光子晶体板层3的底部还设有缓冲层2及衬底1，缓冲层2和有限高度二维光子晶体板层3依次覆盖在衬底1上。本实施例中，衬底1和缓冲层2的材料为二氧化硅(SiO2)，折射率是1.4；二维光子晶体板层3的介质柱的材料为二氧化钛(TiO2)，对于波长为430nm到645nm的可见光，其折射率为3.16到2.86。
本发明在波长为430nm至645nm的可见光波段具有显示功能，图2所示为发射光场强度的模拟结果示例图。功能模拟所用的信号光脉冲波长分别为430nm、440nm、530nm和560nm。模拟结果如下：当波长分别为430nm、440nm、530nm和560nm四种信号光同时在波导L中传播时，它们将分别与微腔f1、f2、f3、f4发生共振，并分别从微腔f1、f2、f3、f4向自由空间发射出去，如图2a、图2b、图2c、图2d所示。
Claims (8)
1、一种基于二维光子晶体的微纳全光显示器件，包括有有限高度二维光子晶体板层(3)，其特征在于有限高度二维光子晶体板层(3)中引入一条直线的空气传输波导(L)和若干个不同频率的共振微腔，与若干个不同频率的共振微腔的频率相对应的若干种不同频率的信号光从空气传输波导(L)的一端输入。
2、根据权利要求1所述的基于二维光子晶体的微纳全光显示器件，其特征在于上述若干个不同频率的共振微腔分别位于空气传输波导(L)的两边，若干个共振微腔的截面半径不一样，且不同截面半径的微腔所对应的从空气传输波导(L)输入的信号光的共振频率也不相同。
3、根据权利要求1或2所述的基于二维光子晶体的微纳全光显示器件，其特征在于上述有限高度二维光子晶体板层(3)中引入一条直线的空气传输波导(L)和四个不同频率的共振微腔(f1、f2、f3、f4)，与四个不同频率的共振微腔(f1、f2、f3、f4)的频率相对应的四种不同频率的信号光从空气传输波导(L)的一端输入。
4、根据权利要求3所述的基于二维光子晶体的微纳全光显示器件，其特征在于上述四个不同频率的共振微腔(f1、f2、f3、f4)的各两个分别位于空气传输波导(L)的两边，四个共振微腔(f1、f2、f3、f4)的截面半径不一样，且不同截面半径的微腔所对应的从空气传输波导(L)输入的信号光的共振频率也不相同。
5、根据权利要求4所述的基于二维光子晶体的微纳全光显示器件，其特征在于在上述空气传输波导(L)中传输的四种不同频率的信号光是分别与四个共振微腔(f1、f2、f3、f4)的频率相对应的TM偏振的可见光。
6、根据权利要求5所述的基于二维光子晶体的微纳全光显示器件，其特征在于四种不同频率的可见光从空气传输波导(L)的一端输入，并在波导中传播，且分别与其频率相对应的共振微腔发生共振并从微腔中发射出去。
7、根据权利要求6所述的基于二维光子晶体的微纳全光显示器件，其特征在于上述有限高度二维光子晶体板层(3)的底部还设有缓冲层(2)及衬底(1)，缓冲层(2)和有限高度二维光子晶体板层(3)依次覆盖在衬底(1)上。
8、根据权利要求7所述的基于二维光子晶体的微纳全光显示器件，其特征在于上述有限高度二维光子晶体板层(3)是对可见光透明且折射率较高的光电子材料，衬底(1)及缓冲层(2)是对可见光透明且折射率较低的光电子材料。
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