一种紧凑型六端口光子晶体环行器制造技术

本发明专利技术公开了一种紧凑型六端口光子晶体环行器，包括六角形光子晶体分支波导和六个波导端口，六个光子晶体分支波导分别对应六个波导端口，六个波导端口分别对称分布于光子晶体外围；六角形光子晶体波导的中心位置设置一个第二介质材料柱，在第二介质材料柱的第一邻近处分别设置六个相同的磁光材料柱；在第二介质材料柱的第二邻近处分别设置六个相同的第三介质材料柱，电磁波信号从任意一个波导端口输入，将从下一个相邻波导端口输出，其余波导端口均处于信号隔离状态以形成单方向环行传输。本发明专利技术结构紧凑，易于其它光子晶体器件实现集成。

【技术实现步骤摘要】
一种紧凑型六端口光子晶体环行器
本专利技术涉及光子晶体磁光器件和环行器
，尤其涉及一种高效率传输和高隔离度的六端口光子晶体磁光环行器。
技术介绍
利用磁光环行器的非互易性质，能够使信号在器件端口间形成单方向环行传输，使入射信号能够顺利通过而反射信号获得隔离。这种特性能够消除集成系统中元件的相互串扰，非常有利于协调系统中元件间的功能搭配。因此磁光环行器是集成光路中具有消减信号串扰作用的重要器件。另一方面，近年来光子晶体成为人们研究光器件的热门领域。光子晶体是一种介电常数或磁导率在空间呈周期或准周期排列的新型人工材料，它的光子能带效应可使得一定频段的光波不能在其中进行传播。通过对光子晶体中引入缺陷实现对光子的引导与控制，由此可以获得各种不同功能的光器件，如光子晶体激光器、滤波器、光开关、波分复用器件等。随着技术不断发展，人们已经不仅仅停留在具有单个功能的光子晶体器件研究上，而更注重研究多个不同光子晶体逻辑器件的功能集成，希望不久的将来能够实现光子晶体计算机。随着光子晶体器件集成度的增加，器件之间的相互干扰问题逐渐突出，如果干扰信号不能得到有效消除或抑制，则很大程度上会影响整体性能和集成，因此能够优化光路性能的磁光环行器显得至关重要。对于光子晶体磁光环行器，目前人们已经提出三端口、四端口结构，但是四端口以上的光子晶体环行器并不多见，特别是基于空气衬底-介质柱型结构的多端口光子晶体磁光环行器还未见报道。空气衬底-介质柱型的光子晶体带隙较宽、结构简明且容易制备，在磁光环行器的研究上有重要应用。本专利技术提供一种空气衬底-介质柱型的光子晶体六端口磁光环行器，特别适用于结构复杂、功能集成的光子晶体系统，对于提高光路抗干扰性和稳定性等方面具有不可估量的作用，它能够同时提供多器件间的干扰消除功能，是光子晶体大规模集成光路中必不可少的基础元件。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术中的不足，提供一种结构紧凑、易于制备且易于集成的六端口光子晶体磁光环行器，可获得六个端口间高效率传输和高度隔离度的电磁波信号单方向环行。本专利技术的目的是通过下述技术方案实现的。本专利技术的六端口光子晶体环行器主体为低折射率背景介质中的一个二维六角形光子晶体波导，所述六角形光子晶体波导由三角晶格排布的二维第一介质材料柱构成，它包括六角形光子晶体分支波导和六个波导端口，所述六角形光子晶体分支波导为六个交叉于光子晶体的中心位置，且成60°旋转对称分布的六角形光子晶体分支波导；所述六个光子晶体分支波导分别对应六个波导端口，六个波导端口分别对称分布于光子晶体外围端面；所述六个光子晶体分支波导的中轴线分别位于沿水平负方向、与水平成240°夹角方向、与水平成300°夹角方向、水平正方向、与水平成60°夹角方向、与水平成120°夹角方向；所述六角形光子晶体波导的中心位置设置一个第二介质材料柱，在所述第二介质材料柱的第一邻近处分别设置六个相同的磁光材料柱；在所述第二介质材料柱的第二邻近处分别设置六个相同的第三介质材料柱，该第三介质材料柱的横截面为正三角形或者圆形，且该正三角形的中心点和一个顶点均位于对应的分支波导中轴线上，该顶点对应所在的波导端口方向；所述六个第三介质材料柱的中心与第二介质材料柱的中心距离均为3.2a，其中a为光子晶体的晶格常数；电磁波信号从任意一个波导端口输入，将按照同一旋转方向从下一个相邻波导端口输出，其余波导端口均处于信号隔离状态以形成单方向环行传输。所述低折射率背景介质为折射率小于1.5的介质材料。所述低折射率背景介质为空气、真空或者泡沫。所述第一介质材料柱为折射率大于2的介质材料。所述第一介质材料柱为硅、砷化镓、二氧化钛或者氮化镓。所述第一介质材料柱的横截面为圆形或者正多边形。所述第一介质材料柱的横截面为圆形。所述六角形光子晶体分支波导中的每个分支波导的宽度为3a，长度为na，其中a为光子晶体的晶格常数，n为不小于4的整数。所述第二介质材料为折射率大于2的介质材料。所述第二介质材料柱为硅、砷化镓、二氧化钛或者氮化镓。所述第二介质材料柱的横截面为正六边形或圆形。所述第二介质材料柱横截面为正六边形，且该正六边形的六个顶端分别对应所述的六个光子晶体分支波导的中轴线。所述第二介质材料柱的中心与所述六个磁光材料柱的中心距离均为1.8a，其中a为光子晶体的晶格常数。所述磁光材料柱为铁氧体材料。所述磁光材料柱的横截面为圆形或者正多边形。所述磁光材料柱的横截面为圆形。第三介质材料柱的材料为折射率大于2的介质材料。第三介质材料柱的材料为硅、砷化镓、二氧化钛或者氮化镓。所述第三介质材料柱的横截面为正三角形。本专利技术的六端口光子晶体环行器广泛适用于任意电磁波波段，如微波波段、毫米波波段、太赫兹波段、红外波段或可见光波段等。它与现有技术相比，具有以下优点：1.本专利技术光子晶体六端口磁光环行器，可用于结构复杂、功能集成的光子晶体系统，对于提高光路抗干扰性和稳定性等方面具有不可估量的作用，是光子晶体大规模集成光路中必不可少的基础元件。2.利用磁光材料柱环状级联方式以及在磁光材料柱外围引入补偿柱的方式，实现六端口间高效率光传输和高度光隔离的电磁波信号单方向环行传输。3.不仅对称性高、结构紧凑、性能优良，而且具有较宽的工作频段，易于制备且易与其它光子晶体器件实现集成。4.可以同时引导或隔离多个器件之间的信号回流和干扰，同时提供光子晶体集成光路中多个器件间消除信号串扰的功能。附图说明图1为本专利技术紧凑型六端口光子晶体环行器的结构示意图。图中：背景介质00第一介质材料柱01第二介质材料柱02第三介质材料柱03第一波导端口11第二波导端口12第三波导端口13第四波导端口14第五波导端口15第六波导端口16磁光材料柱A磁光材料B磁光材料柱C磁光材料柱D磁光材料柱E磁光材料柱F波导宽度w图2为本专利技术紧凑型六端口光子晶体环行器的谱线示意图。图3为本专利技术紧凑型六端口光子晶体环行器的第一种光传输示意图。图4为本专利技术紧凑型六端口光子晶体环行器的第二种光传输示意图。图5为本专利技术紧凑型六端口光子晶体环行器的第三种光传输示意图。图6为本专利技术紧凑型六端口光子晶体环行器的第四种光传输示意图。图7为本专利技术紧凑型六端口光子晶体环行器的第五种光传输示意图。图8为本专利技术紧凑型六端口光子晶体环行器的第六种光传输示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步阐述。如图1所示，本专利技术的光子晶体环行器主体为低折射率背景介质00中的一个二维六角形光子晶体波导，所述六角形光子晶体波导由三角晶格排布的二维第一介质材料柱构成。所述低折射率背景介质材料为空气。所述六角形光子晶体波导包括六个交叉于中心位置且成60°旋转对称分布的分支波导，六个分支波导的中轴线分别位于沿水平负方向、与水平成240°夹角方向、与水平成300°夹角方向、水平正方向、与水平成60°夹角方向、与水平成120°夹角方向。每个分支波导的宽度为3a,并且长度为na，其中a为光子晶体的晶格常数，n为大于或等于4的整数。所述六个分支波导中两两之间填充三角晶格阵列排布的第一介质材料柱01。所述三角晶格阵列的晶格常数a设定为10mm所述第一介质材料柱01的横截面为圆形或者正多边形，所述第一介质材料柱的横截面优选为圆形,半径为2.2mm，其横截面在x本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种紧凑型六端口光子晶体环行器，其特征在于，所述环行器主体为低折射率背景介质中的一个二维六角形光子晶体波导，所述六角形光子晶体波导由三角晶格排布的二维第一介质材料柱构成，其特征在于，包括六角形光子晶体分支波导和六个波导端口，所述六角形光子晶体分支波导为六个交叉于光子晶体的中心位置，且成60°旋转对称分布的六角形光子晶体分支波导；所述六个光子晶体分支波导分别对应六个波导端口，六个波导端口分别对称分布于光子晶体外围端面；所述六角形光子晶体波导的中心位置设置一个第二介质材料柱，在所述第二介质材料柱的第一邻近处分别设置六个相同的磁光材料柱；在所述第二介质材料柱的第二邻近处分别设置六个相同的第三介质材料柱，电磁波信号从任意一个波导端口输入，将从下一个相邻波导端口输出，其余波导端口均处于信号隔离状态以形成单方向环行传输。

【技术特征摘要】
1.一种紧凑型六端口光子晶体环行器，其特征在于，所述环行器主体为低折射率背景介质中的一个二维六角形光子晶体波导，所述六角形光子晶体波导由三角晶格排布的二维第一介质材料柱构成，其特征在于，包括六角形光子晶体分支波导和六个波导端口，所述六角形光子晶体分支波导为六个交叉于光子晶体的中心位置，且成60°旋转对称分布的六角形光子晶体分支波导；所述六个光子晶体分支波导分别对应六个波导端口，六个波导端口分别对称分布于光子晶体外围端面；所述六个光子晶体分支波导的中轴线分别位于沿水平负方向、与水平成240°夹角方向、与水平成300°夹角方向、水平正方向、与水平成60°夹角方向、与水平成120°夹角方向；所述六角形光子晶体波导的中心位置设置一个第二介质材料柱，在所述第二介质材料柱的第一邻近处分别设置六个相同的磁光材料柱；在所述第二介质材料柱的第二邻近处分别设置六个相同的第三介质材料柱，该第三介质材料柱的横截面为正三角形或者圆形，且该正三角形的中心点和一个顶点均位于对应的分支波导中轴线上，该顶点对应所在的波导端口方向；所述六个第三介质材料柱的中心与第二介质材料柱的中心距离均为3.2a，其中a为光子晶体的晶格常数；电磁波信号从任意一个波导端口输入，将按照同一旋转方向从下一个相邻波导端口输出，其余波导端口均处于信号隔离状态以形成单方向环行传输。2.按照权利要求1所述的紧凑型六端口光子晶体环行器，其特征在于，所述低折射率背景介质为折射率小于1.5的介质材料。3.按照权利要求1所述的紧凑型六端口光子晶体环行器，其特征在于，所述低折射率背景介质为空气、真空或者泡沫。4.按照权利要求1所述的紧凑型六端口光子晶体环行器，其特征在于，所述第一介质材料柱为折射率大于2的介质材料。5.按照权利要求1所述的紧凑型六端口光子晶体环行器，其特征在于，所述第一介质材料柱为硅、砷化镓、二氧化钛或者氮化镓。6.按照权利要求1所述的紧凑型六端口光子晶体环行器，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：王琼，欧阳征标，
申请(专利权)人：欧阳征标，深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东;44