本发明专利技术提供一种光子晶体多端口环行器，该光子晶体主体由介质材料中三角对称分布的第一空气柱构成，其包括至少六个磁光腔，所述磁光腔的中心依次连线形成一个正六边形或多个级联的正六边形，在一个正六边形或多个级联的正六边形外围对称地构建至少六个波导，在相邻的磁光腔之间和相邻的磁光腔与波导之间均设置两个直径小于第一空气柱直径的第二空气柱，在以每一磁光腔为中心周围设置两个周期直径递增的第三空气柱和第四空气柱，光从其中任一波导输入而从相邻下一波导输出，其余波导均处于光隔离状态以形成单方向光环行传输。本发明专利技术结构紧凑，在光子晶体器件集成中具有引导和隔离串扰光信号的功能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光子晶体器件和磁光
，尤其涉及一种光子晶体六端口环行器 及其扩展环行器。
技术介绍
光环行器是集成光学中具有抗干扰作用的重要光器件。光环行器可以在多个端口 间形成光的单方向环行传输，使得入射信号能够顺利通过而反射信号获得隔离。这种特性 能够大大降低集成光路中器件之间反射光的相互串扰，非常有利于提高系统的稳定性。传 统的光环行器主要是基于磁光材料的块状结构，其缺点是体积大且不易与其它器件集成， 这些不利因素很大程度上限制了它们在新一代光器件集成中的应用。光子晶体概念的提出 及其研究发展为实现小型化、易集成化的磁光环行器开拓了新思路和新方法。光子晶体是一种介电常数在空间呈周期或准周期排列的人工材料，它可使得一定 频段的光波不能在其中传播，从而形成光子带隙。在完整光子晶体中引入缺陷即能实现对 光子的引导与控制，就如同半导体材料中实现对电子的操纵一样。光子晶体器件具有许多 传统光学器件无法比拟的优越性质，如尺寸小、性能优越并且易于集成，因此被誉为是最有 潜力实现全光集成芯片的新一代光子器件之一。随着光子晶体器件集成度的增加，光路中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光路的工作性能和集成效 果，因此能够优化光路性能的抗干扰器件显得至关重要。以非互易性为特点的磁光环行器， 利用磁光效应实现光在不同端口间不可逆的单方向环行传输，能够成功引导或隔离光干扰 信号，是一种非常有效的光路抗干扰器件。基于光子晶体结构的磁光环行器，目前已经提出 基于单个光子晶体磁光腔的三端口、四端口结构，但是四端口以上的光子晶体环行器及其 设计方案至今还未出现。具有多端口(四端口以上)的光子晶体磁光环行器在复杂的集成 系统中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。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于提供一种光子晶体多端口环行器，该环行器能够获 得不同端口的高效率传输和高度隔离，实现多个端口间的光信号单方向环行功能，以解决 复杂光子晶体集成光路中的光信号串扰问题。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是一种光子晶体多端口环行器，所述 光子晶体主体由介质材料中三角对称分布的第一空气柱构成，其包括至少六个磁光腔，所 述磁光腔的中心依次连线形成一个正六边形或者多个级联的正六边形，在一个正六边形或 者多个级联的正六边形外围对称地构建至少六个波导，每个波导由介质材料填充一列第一 空气柱形成，在相邻的磁光腔之间和相邻的磁光腔与波导之间均设置两个直径小于第一空 气柱直径的第二空气柱，在以每一磁光腔为中心周围设置两个周期直径递增的第三空气柱3和第四空气柱，其第四空气柱的直径大于所述第三空气柱的直径，其第三空气柱的直径大 于所述第一空气柱的直径，光从其中任一波导输入而从下一相邻波导输出，其余波导均处 于光隔离状态以形成单方向光环行传输。在本专利技术中，包括具有十个磁光腔的八端口环行器，所述十个磁光腔的中心依次 连线形成两个级联的正六边形，在所述两个级联的正六边形外围对称地构建八个波导。在本专利技术中，包括具有十三个磁光腔的九端口环行器，所述十三个磁光腔的中心 依次连线形成三个级联的正六边形，在所述三个级联的正六边形外围对称地构建九个波导。在本专利技术中，包括具有十六个磁光腔的十端口环行器，所述十六个磁光腔的中心 依次连线形成四个级联的正六边形，在所述四个级联的正六边形外围对称地构建十个波导。在本专利技术中，包括具有二十四个磁光腔的十二端口环行器，所述二十四个磁光腔 的中心依次连线形成七个级联的正六边形，在所述七个级联的正六边形外围对称地构建 十二个波导。在本专利技术中，所述的每一磁光腔包括一磁光材料柱和六个分布在该磁光材料柱周 围的第一空气柱，该磁光材料柱是由向一第一空气柱填充磁光材料并施加与第一空气柱轴 线平行方向的磁场形成。在本专利技术中，所述相邻磁光腔之间的距离为Z7a时，环行器单方向光环行功能不 变，所述a为光子晶体的晶格常数，《为大于等于5的自然数，优选地，/7为大于等于5且小 于等于10的自然数。在本专利技术中，所述波导的长度至少为三个所述光子晶体晶格常数，并且增加波导 长度，环行器单方向光环行功能不变。在本专利技术中，所述介质材料可以为氮化镓介质材料，所述填充第一空气柱的磁光 材料可以为铋铁石榴石。在本专利技术中，所述分布于介质材料中的第一空气柱至第四空气柱以及磁光材料柱 的截面可以为圆型、四边形，五边形或六边形。在本专利技术中，所述光子晶体中的第一空气柱至第四空气柱为低折射率材料的介质 柱。相较于现有技术，本专利技术利用磁光腔的环状级联方式和旋光效应，实现多端口间 的光信号单方向环行传输，提供多个端口间的高效率光传输和高度光隔离，本专利技术光子晶 体多端口环行器可以同时引导或隔离多个器件之间的光反射，有效解决复杂光子晶体集成 光路中的光信号串扰问题；此外，本专利技术的光子晶体多端口环行器结构紧凑，且易与其它光 子晶体器件实现集成。附图说明图1为本专利技术光子晶体多端口环行器第一实施方式的介质衬底-空气柱型光子晶 体六端口环行器的结构示意图。图2为本专利技术光子晶体多端口环行器第一实施方式的介质衬底-空气柱型光子晶 体六端口环行器的结构简图。4图3为本专利技术光子晶体多端口环行器第一实施方式的光谱示意图，其中光从波导 端口 61入射，实线对应波导端口 62的光功率，虚线对应波导端口 63的光功率，点线对应波 导端口 64或65的光功率，虚线-点线对应波导端口 66的光功率，虚线-双点线对应光反 射和光损耗的总和。图4表示本专利技术光子晶体多端口环行器第一实施方式的光传输示意图，其中波导 端口 61为入射波导端口，波导端口 62为出射波导端口，波导端口 63至波导端口 66为隔离 波导端口。图5为本专利技术光子晶体多端口环行器的第一实施方式的光传输示意图，波导端口 64为入射波导端口，波导端口 65为出射波导端口，波导端口 61至63及波导端口 66为隔离 波导端口。图6为本专利技术光子晶体多端口环行器第二实施方式的结构简图，其中，该环行器 为光子晶体八端口环行器。图7为本专利技术光子晶体多端口环行器第三实施方式的结构简图，其中，该环行器 为光子晶体九端口环行器。图8为本专利技术光子晶体多端口环行器第四实施方式的结构简图，其中，该环行器 为光子晶体十端口环行器。图9为本专利技术光子晶体多端口环行器第五实施方式的结构简图，其中，该环行器 为光子晶体十二端口环行器。具体实施例方式下面根据附图和具体实施方式对本专利技术作进一步阐述。第一实施方式光子晶体六端口环行器。首先是构造光子晶体六端口环行器的主体，确定结构参数和组成材料。如图1所示，本专利技术的环行器主体是介质材料背景中第一空气柱10周期分布的二 维光子晶体，第一空气柱10的截面为平面，轴线沿Z轴方向，光子晶体的晶格常数a设 定为1 μ m.所述第一空气柱10的直径i/为0. 72 μ m，并且任何相邻三个第一空气柱10的 中心连线构成等边三角形，即第一空气柱10呈三角对称排列。所述介质材料可以选择折 射率为2. 5的氮化镓(GaN)材料。通过平面波展开的计算方法表明，该介质衬底_空气柱 型光子晶体存在较宽的TM极化波(磁场沿ζ轴方向)光子禁带，带本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
CN 2009-12-14 200910188886.6一种光子晶体多端口环行器，所述光子晶体主体由介质材料中三角对称分布的第一空气柱构成，其特征在于包括至少六个磁光腔，所述磁光腔的中心依次连线形成一个正六边形或者多个级联的正六边形，在一个正六边形或者多个级联的正六边形外围对称地构建至少六个波导，每一波导由介质材料填充一列第一空气柱形成，在相邻的磁光腔之间和相邻的磁光腔与波导之间均设置两个直径小于第一空气柱直径的第二空气柱，在以每一磁光腔为中心周围设置两个周期直径递增的第三空气柱和第四空气柱，光从其中任一波导输入而从下一相邻波导输出，其余波导均处于光隔离状态以形成单方向光环行传输。2.根据权利要求1所述的光子晶体多端口环行器，其特征在于包括具有十个磁光腔 的八端口环行器，所述十个磁光腔的中心依次连线形成两个级联的正六边形，在所述两个 级联的正六边形外围对称地构建八个波导。3.根据权利要求1所述的光子晶体多端口环行器，其特征在于包括具有十三个磁光 腔的九端口环行器，所述十三个磁光腔的中心依次连线形成三个级联的正六边形，在所述 三个级联的正六边形外围对称地构建九个波导。4.根据权利要求1所述的光子晶体多端口环行器，其特征在于包括具有十六个磁光 腔的十端口环行器，所述十六个磁光腔的中心依次连线形成四个级联的正六边形，在所述 四个级联的正六边形外围对称地构建十个波导。5....
【专利技术属性】
技术研发人员：王琼，欧阳征标，
申请(专利权)人：深圳大学，欧阳征标，
类型：发明
国别省市：94
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