【技术实现步骤摘要】
本申请总体上涉及拓扑器件领域，更特别地，涉及一种拓扑谐振腔和包括所述拓扑谐振腔的设备例如激光器。
技术介绍
1、谐振腔，也称为共振腔，具有增强局部模场或筛选频率模式的作用，广泛应用于光学激光器、微波谐振器、声学共振腔等器件中。例如，光学激光器中广泛商用的法布里-珀罗(f-p)腔，微环腔，分布式布拉格反射(dbr)腔等。这些传统谐振腔设计都展现出自由频谱范围(fsr)与模式体积成反比的关系，受制于此，在大功率器件应用中，腔体积越大，对应的自由频谱范围越窄，随着有效模式体积的增大，谐振腔的单模特性迅速失效。
2、为了解决这样的困境，相同申请人在申请日为2019年10月28日，题为“二维拓扑光子晶体腔及其设计方法和在激光器中的应用”的专利技术专利申请201911035379.9中提出了一种基于二维光子晶体结构的狄拉克涡旋谐振腔，它具有自由频谱范围与模式体积的平方根成反比的关系。随着模式体积增大，自由频谱范围的下降更缓慢，从而在一定工作范围内，提供了更好的单模腔设计。基于这种谐振腔，已经实现了拓扑腔面发射激光器及其单片集成阵列，提高了激光器的单模属性、准直度和功率密度等特性。
3、为了进一步提高谐振腔在给定模式体积下的单模自由频谱范围，需要对谐振腔设计进行进一步的改进。
技术实现思路
1、本专利技术提供一种三维单极子拓扑谐振腔，其自由频谱范围反比于模式体积的立方根，从而能够实现更好的单模特性。
2、根据一实施例，提供一种拓扑谐振腔，其包括三维光子或声子晶
3、在一实施例中，所述三维光子晶体结构包括具有不同折射率或磁导率的第一材料和第二材料，所述三维声子晶体结构包括具有不同声速或密度的第一材料和第二材料。所述第一材料形成所述超胞的单元结构，所述第二材料填充所述单元结构之间的空间。
4、在一实施例中，所述三个独立自由度上的调制包括对所述超胞中的单元结构的形状、大小、位置和材料参数中的一种或多种进行调制。
5、在一实施例中，所述平衡区域包括平衡点或者任意形状的连续区域，并且所述平衡区域的外围被调制区域包围，在所述调制区域中所述三维光子或声子晶体在所述三个独立自由度中的至少一个独立自由度上的调制的强度参数不为零。
6、在一实施例中，所述拓扑谐振腔的谐振波长在声学波、弹性波、射频、微波、太赫兹、红外或光学波段。
7、在一实施例中，所述超胞在调制前具有空间群230表示的晶体对称性，所述超胞在所述三个独立自由度上被调制之后具有空间群205、220、或214表示的对称性。
8、根据一实施例，提供一种设备，包括上述拓扑谐振腔。
9、在一实施例中，所述设备包括激光器，所述激光器包括由所述三维光子晶体形成的拓扑谐振腔。
10、本申请的上述和其他特征和优点将从下面对示例性实施例的描述而变得显而易见。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种拓扑谐振腔，包括三维光子或声子晶体，所述三维光子或声子晶体具有多个超胞，所述多个超胞在至少三个独立自由度上被调制，以打开其能带结构中的三维狄拉克点，形成带隙，所述三个独立自由度上的调制的强度参数形成围绕原点的三维参数空间，所述三维参数空间中的原点对应于实空间中所述三个独立自由度上的调制的强度参数为零从而所述超胞具有三维狄拉克点的平衡区域，在所述实空间中以所述平衡区域为中心，沿各个方向在所述三维独立自由度上的调制对应于在所述三维参数空间中连续或离散地遍历或覆盖围绕所述原点的闭合曲面W次，其中W为任意正负整数且W的绝对值对应于所述拓扑谐振腔的拓扑模式数。
2.如权利要求1所述的拓扑谐振腔，其中，所述三维光子或声子晶体结构分别包括具有不同折射率、磁导率或不同声速、密度的第一材料和第二材料，所述第一材料形成所述超胞的单元结构，所述第二材料填充所述单元结构之间的空间。
3.如权利要求1所述的拓扑谐振腔，其中，所述三个独立自由度上的调制包括对所述超胞中的单元结构的形状、大小、位置和材料参数中的一种或多种进行调制。
4.如权利要求1所述的拓扑谐振腔，
5.如权利要求1所述的拓扑谐振腔，其中，所述拓扑谐振腔的谐振波长在声学波、弹性波、射频、微波、太赫兹、红外或光学波段。
6.如权利要求1所述的拓扑谐振腔，其中，所述超胞在调制前具有空间群230表示的晶体对称性，所述超胞在所述三个独立自由度上被调制之后具有空间群205、220、或214表示的对称性。
7.一种设备，包括权利要求1-6中的任一项所述的拓扑谐振腔。
8.如权利要求7所述的设备，其中，所述设备包括激光器，所述激光器包括由所述三维光子晶体形成的拓扑谐振腔。
...【技术特征摘要】
1.一种拓扑谐振腔，包括三维光子或声子晶体，所述三维光子或声子晶体具有多个超胞，所述多个超胞在至少三个独立自由度上被调制，以打开其能带结构中的三维狄拉克点，形成带隙，所述三个独立自由度上的调制的强度参数形成围绕原点的三维参数空间，所述三维参数空间中的原点对应于实空间中所述三个独立自由度上的调制的强度参数为零从而所述超胞具有三维狄拉克点的平衡区域，在所述实空间中以所述平衡区域为中心，沿各个方向在所述三维独立自由度上的调制对应于在所述三维参数空间中连续或离散地遍历或覆盖围绕所述原点的闭合曲面w次，其中w为任意正负整数且w的绝对值对应于所述拓扑谐振腔的拓扑模式数。
2.如权利要求1所述的拓扑谐振腔，其中，所述三维光子或声子晶体结构分别包括具有不同折射率、磁导率或不同声速、密度的第一材料和第二材料，所述第一材料形成所述超胞的单元结构，所述第二材料填充所述单元结构之间的空间。
3.如权利要求1所述的拓扑谐振腔，其中，所述三个独立...
【专利技术属性】
技术研发人员：陆凌，程恒斌，杨靖宇，汪忠，
申请(专利权)人：中国科学院物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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