[發明專利]基于自準直效應的光子晶體偏振分束器結構

無效

• 申請號: 200910087343.5
• 申請日: 2009-06-17
• 公開（公告）號: CN101923226A
• 公開（公告）日: 2010-12-22
• 發明（設計）人: 張慧慧;申華軍;周靜濤;劉新宇
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: G02F1/01
• 分類號: G02F1/01;G02B6/122
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 周國城

技術領域

本發明涉及電磁波偏振分束器技術領域，尤其涉及一種基于自準直效應的光子晶體偏振分束器結構。

背景技術

光子晶體是一種介電常數呈周期性分布的人工電介質結構。偏振分束器是把電磁波相互正交的兩種模式分開的器件。電磁波在光子晶體中傳播時，可分解為電場垂直于波傳播方向的橫電波TE波和磁場方向垂直于波傳播方向的橫磁波TM波。

自準直效應是近年來在光子晶體中發現的新特性。它可以使光束克服衍射發散效應直線傳播，而且具有低成本、高集成度的工藝優勢，在光互連、光集成等方面具有廣闊的應用前景。與傳統的線缺陷光子晶體波導相比，自準直效應具有明顯的優勢。首先，自準直模處在導帶中，因而具有更大的群速度，傳播速度更快；其次，與基于缺陷模的光子晶體器件相比，基于自準直效應的光學器件對工藝精度要求不高，因而更適于工藝實現，因此，自準直效應的工藝優勢對制造高集成度、低成本的集成光路具有重要的實用價值。

基于自準直效應的光子晶體偏振分束器能有效地限制光子晶體中傳輸光波的空間展寬，使其無衍射的準直傳播，在不引入介質波導、線缺陷或非線性材料時使兩個偏振態都在傳輸模的情況下實現分離。

發明內容

(一)要解決的技術問題

有鑒于此，本發明的主要目的在于提供一種基于自準直效應的光子晶體偏振分束器結構，以在不引入缺陷或非線性材料的情況下，實現TE模和TM模的分離。

(二)技術方案

為達到上述目的，本發明提供了一種基于自準直效應的光子晶體偏振分束器結構，該光子晶體偏振分束器結構是在二維介質基板中打孔形成正三角晶格結構，并用填充介質填充孔形成光子晶體自準直結構，其中對沿著電磁波入射方向的由部分正三角晶格結構形成四邊形的光子晶體自準直結構進行變動，且晶格周期不變，形成光子晶體分束結構。

上述方案中，光子晶體自準直結構與偏振無關，用作虛擬波導能夠同時傳導TE模和TM模。光子晶體分束結構用于TE模和TM模的分離。光子晶體分束結構的介質基板的介電常數、填充介質的介電常數及填充比與光子晶體自準直結構相應的介質基板的介電常數、填充介質的介電常數及填充比可不同。

上述方案中，所述二維介質基板的介電常數與所述填充介質的介電常數不相等，二者比值越大越容易獲得光子帶隙。

上述方案中，所述光子晶體自準直結構的填充比與所述光子晶體分束結構的填充比不同。

上述方案中，所述填充介質具有多個相同的單元，且該單元為任意規則的形狀。

上述方案中，所述電磁波以自準直頻率入射。

上述方案中，所述自準直頻率由所述光子晶體自準直結構的介電常數、晶格周期和填充比確定。

上述方案中，所述光子晶體分束結構具有TE模的光子帶隙頻率，且該TE模的光子帶隙頻率范圍覆蓋自準直頻率，且不是所述光子晶體分束結構TM模的光子帶隙頻率范圍。

上述方案中，所述光子晶體分束結構TE模的光子帶隙頻率和所述光子晶體分束結構TM模的光子帶隙頻率依賴于偏振分束結構的介電常數、晶格周期和填充比。

上述方案中，所述光子晶體分束結構不能傳播TE模，只能傳播TM模。

上述方案中，所述TE模在光子晶體自準直結構和光子晶體分束結構的分界面反射，所述TM模在光子晶體自準直結構和光子晶體分束結構的分界面透射。

(三)有益效果

本發明提供的基于自準直效應的光子晶體偏振分束器結構，在不引入缺陷或非線性材料的情況下，兩個偏振態在傳輸模的情況下實現了分離，避免了引入線缺陷在工藝精度上的要求，能有效地限制光子晶體中傳輸光波的空間展寬，使其無衍射的準直傳播，從而在兩個偏振態都是傳輸模的情況下實現分束。

附圖說明

圖1為本發明提供的基于自準直效應的光子晶體偏振分束器結構的示意圖；

圖2為依照本發明實施例提供的基于自準直效應的光子晶體偏振分束器結構的TE模和TM模分離圖。

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發明進一步詳細說明。

如圖1所示，圖1是本發明提供的基于自準直效應的光子晶體偏振分束器結構的示意圖。該光子晶體偏振分束器結構是在二維介質基板中打孔形成正三角晶格結構，并用填充介質填充孔形成光子晶體自準直結構，其中對沿著電磁波入射方向的由部分正三角晶格結構形成四邊形的光子晶體自準直結構進行變動，形成光子晶體分束結構。