林 捷 冯志芳* 冯 帅

(1.北京化工大学 理学院， 北京 100029； 2.中央民族大学 理学院， 北京 100081)

引 言

经过几十年的研究和应用，光子晶体的光学器件小型化已经趋于完善，光学器件的集成化越来越受到重视，而高密度光子集成器件是实现光通信的重要组成部件。三维光子晶体具有完全带隙等重要的物理性质，可以作为超密集新型光学器件的良好平台[1-3]。三维的woodpile结构由于加工工艺简单受到了广泛的关注，学者们相继报道了很多相关的重要研究成果[4-9]。近年来，结合2D光子晶体和woodpile结构的2D- 3D异质结结构因其能实现非平面集成电路，成为了新的研究热点。Zhang等[10]通过扰动法、周期性变化法、平滑优化法对45°和90°波导进行优化，有效地提升了传输效率和导带宽度；Chutinan等[11]设计的2D- 3D异质结结构全光微型芯片具有高带宽、低损耗等特性。3D微型芯片能在每个平面层中实现200 nm的单模波导，在非平面层中可实现100 nm带宽的传输。Tang等[12]将二维平板光子晶体嵌入woodpile结构中，以达到抑制平板微腔的辐射、减小损耗、增大品质因素的目的，获得了高达105的Q值；Chutinan等[13]搭建了3种不同2D- 3D的异质结构集成电路，进一步证明了该结构在全光集成电路领域的重要应用价值。

以上研究工作主要集中在二维波导的优化[14-20]以及三维结构的搭建上，而关于立体空间集成波导的研究较少。本文在2D- 3D异质结结构中设计了空间的集成波导器件，采用时域有限差分方法[21]模拟了优化设计后的垂直耦合波导和输出波导的透过率及导带范围的变化；……