一種引入三角引導(dǎo)柱的寬頻帶三端口光環(huán)行器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于微型環(huán)行器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種引入三角柱引導(dǎo)多個(gè)耦合的磁光 材料柱的三端口光子晶體磁光環(huán)行器。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著科技與經(jīng)濟(jì)技術(shù)發(fā)展要求，大規(guī)模集成光路系統(tǒng)受到人們廣泛關(guān)注和研究。 在光路中，集成度的增加將導(dǎo)致元件之間信號的干擾顯著增強(qiáng)，干擾嚴(yán)重情況下，光路甚至 無法完成正常的邏輯功能。
[0003] 對于光器件微型化、集成化方面，光子晶體具有明顯優(yōu)勢。光子晶體是一種介電常 數(shù)或磁導(dǎo)率在空間呈周期或準(zhǔn)周期排列的微型材料，它可使得一定頻段的電磁波不能在其 中傳播，從而形成光子帶隙。利用這種帶隙效應(yīng)，在光子晶體中引入缺陷就能實(shí)現(xiàn)對光子的 操控，就如在半導(dǎo)體材料中對電子的操控一樣。光子晶體器件具有許多傳統(tǒng)光學(xué)器件無法 比擬的特性，如設(shè)計(jì)靈活、尺寸小、性能優(yōu)越、易于集成等。近些年，在光子晶體結(jié)構(gòu)中引入 磁光材料來實(shí)現(xiàn)各類微型磁光環(huán)行器，對于環(huán)行器的功能豐富、性能優(yōu)化、結(jié)構(gòu)擴(kuò)展等方面 具有重要應(yīng)用價(jià)值。
[0004] 現(xiàn)有的幾類三端口光子晶體磁光環(huán)行器，無論是基于空氣襯底-介質(zhì)柱型還是基 于介質(zhì)襯底-空氣柱型結(jié)構(gòu)，人們一般僅利用單個(gè)磁光腔或者是單個(gè)磁光材料柱來實(shí)現(xiàn)電 磁波傳播方向的非互易性偏轉(zhuǎn)，它們在工作性能方面存在一定局限性。因此，三端口環(huán)行器 研究需要在結(jié)構(gòu)類型、功能應(yīng)用等方面做進(jìn)一步改進(jìn)與拓展，特別是研發(fā)高隔離度、低插入 損耗的寬頻帶光子晶體磁光環(huán)行器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種結(jié)構(gòu)緊湊、易于集成、具有高隔 離度，實(shí)現(xiàn)信號在器件中三端口間的單方向光環(huán)行傳輸，獲得性能優(yōu)良的寬頻帶三端口光 環(huán)行器。
[0006] 本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。
[0007] 本發(fā)明的引入三角引導(dǎo)柱的寬頻帶三端口光環(huán)行器包括低折射率背景介質(zhì)中的 第一介質(zhì)材料柱陣列所構(gòu)成的光子晶體，所述光子晶體為二維三角晶格光子晶體，每一個(gè) 第一介質(zhì)材料柱占據(jù)三角晶格的一個(gè)晶格；所述三端口光環(huán)行器還包括三個(gè)光子晶體分 支波導(dǎo)和三個(gè)端口，所述三個(gè)光子晶體分支波導(dǎo)分別對應(yīng)三個(gè)端口，該三個(gè)端口分別分布 于光子晶體外圍端面；所述三個(gè)光子晶體分支波導(dǎo)中心交匯處設(shè)置一個(gè)第二介質(zhì)材料柱； 在所述第二介質(zhì)材料柱的周圍分別設(shè)置三個(gè)相同的磁光材料柱，所述三個(gè)磁光材料柱以 120°角旋轉(zhuǎn)對稱分布于三個(gè)分支波導(dǎo)的交叉中心的周圍，且每個(gè)磁光材料柱位于其所在 分支波導(dǎo)的中軸線上，電磁波信號從任意一端口輸入，將從相鄰的下一端口輸出，另一端口 為隔離狀態(tài)以進(jìn)行單方向光環(huán)行傳輸；所述環(huán)行器主體為低折射率背景介質(zhì)中的一個(gè)二維 "Y"形光子晶體波，所述"Y"形光子晶體波導(dǎo)由三角晶格排布的二維第一介質(zhì)材料柱構(gòu)成。
[0008] 所述低折射率背景介質(zhì)為空氣、真空、二氧化硅、氟化鎂，或者折射率小于I. 5的 介質(zhì)材料。
[0009] 所述第一介質(zhì)材料柱的橫截面為圓形、正三角形，或者正多邊形；所述第一介質(zhì)材 料柱的材料為硅、砷化鎵、二氧化鈦、氮化鎵，或者折射率大于2的介質(zhì)材料。
[0010] 所述三個(gè)光子晶體分支波導(dǎo)為"Y"形光子晶體波導(dǎo)。
[0011] 所述三個(gè)光子晶體分支波導(dǎo)由光子晶體中分別沿水平負(fù)方向、與水平成-60° 角方向和與水平成60°角方向移去若干個(gè)第一介質(zhì)材料柱，并將位于60°與和180°之 間外側(cè)的光子晶體整體沿120°軸向外平移距離b，將位于180°和300°之間外側(cè)的光 子晶體整體沿240°軸向外平移距離b，將位于-60°和60°之間外側(cè)的光子晶體整體沿 0°軸向右平移距離b，構(gòu)成三個(gè)交叉呈120°角旋轉(zhuǎn)對稱分布的光子晶體分支波導(dǎo)，所述 b - λ/3ο. / 3 〇
[0012] 所述三個(gè)光子晶體分支波導(dǎo)的長度為na,寬度為(V3 + l)a，所述a為光子晶體的 晶格常數(shù)，η為大于等于4的整數(shù)。
[0013] 所述第二介質(zhì)材料柱為光子晶體引導(dǎo)柱，其中心與三個(gè)頂點(diǎn)的連線分別沿水平負(fù) 方向、與水平成-60°角方向和與水平成60°角方向。
[0014] 所述第二介質(zhì)材料柱的橫截面為正三角形；所述第二介質(zhì)材料柱的材料為硅、砷 化鎵、二氧化鈦、氮化鎵，或者折射率大于2的介質(zhì)材料。
[0015] 所述三個(gè)磁光材料柱為鐵氧體材料，其橫截面為圓形。
[0016] 本發(fā)明的光子晶體環(huán)行器廣泛適用于任意電磁波波段，如微波波段、毫米波波段、 太赫茲波段、紅外波段或者可見光波段等。它與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下積極效果。
[0017] 1.利用磁光材料的非互易特性，實(shí)現(xiàn)光器件中傳輸端口間的信號單方向環(huán)行功 能，它能夠有效防止信號回流、消除信號相互串?dāng)_、確保光路系統(tǒng)正常運(yùn)作，是集成光路中 不可缺少的功能優(yōu)化器件。
[0018] 2.引入三角引導(dǎo)柱有效地耦合多個(gè)磁光材料柱，設(shè)計(jì)出性能優(yōu)良的寬頻帶三端口 光子晶體磁光環(huán)行器，實(shí)現(xiàn)信號在器件中三端口間的單方向光環(huán)行傳輸功能。
[0019] 3.具有高隔離度、低插入損耗、工作頻帶寬的特點(diǎn)，為光子晶體邏輯集成光路優(yōu)化 充分提供優(yōu)良功能的環(huán)行器需求。
[0020] 4.設(shè)計(jì)空氣襯底-介質(zhì)柱結(jié)構(gòu)的光子晶體磁光環(huán)行器，具有形態(tài)簡明、結(jié)構(gòu)緊湊、 制備方便，能夠與目前廣泛應(yīng)用的光子晶體器件實(shí)現(xiàn)有效匹配與集成。
【附圖說明】
[0021] 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的闡述。
[0022] 圖1為本發(fā)明引入三角引導(dǎo)柱的寬頻帶三端口光環(huán)行器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023] 圖中：空氣背景01第一介質(zhì)材料柱02第二介質(zhì)材料柱03磁光材料柱A磁光材料 柱B磁光材料柱C第一端口 11第二端口 12第三端口 13分支波導(dǎo)寬度w
[0024] 圖2為本發(fā)明引入三角引導(dǎo)柱的寬頻帶三端口光環(huán)行器的計(jì)算曲線例圖。
[0025] 圖3為本發(fā)明引入三角引導(dǎo)柱的寬頻帶三端口光環(huán)行器第一種的光傳輸示意圖。
[0026] 圖4為本發(fā)明引入三角引導(dǎo)柱的寬頻帶三端口光子晶體環(huán)行器的第二種光傳輸 示意圖。
[0027] 圖5為本發(fā)明引入三角引導(dǎo)柱的寬頻帶三端口光環(huán)行器的第三種光傳輸示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 如圖1所示，為本發(fā)明引入三角引導(dǎo)柱