[發明專利]基于磁光腔耦合的光子晶體四端口環行器

無效

• 申請號: 200910188885.1
• 申請日: 2009-12-14
• 公開（公告）號: CN101788727A
• 公開（公告）日: 2010-07-28
• 發明（設計）人: 王瓊;歐陽征標
• 申請（專利權）人: 深圳大學;歐陽征標
• 主分類號: G02F1/095
• 分類號: G02F1/095
• 代理公司: 深圳市凱達知識產權事務所 44256
• 代理人: 王琦

技術領域

本發明涉及光子晶體器件和磁光技術等領域，尤其涉及一種基于磁光腔 耦合的光子晶體四端口環行器。

背景技術

光環行器是集成光學中具有抗干擾作用的重要光器件。光環行器可以在 多個端口間形成光的單方向環行傳輸，使得入射信號能夠順利通過而反射信 號獲得隔離。這種特性能夠大大降低集成光路中器件之間反射光的相互串擾， 非常有利于提高系統的穩定性。傳統的光環行器主要是基于磁光材料的塊材 結構，其缺點是體積大且不易與其它器件集成，這些不利因素很大程度上限 制了它們在新一代光器件集成中的應用。光子晶體概念的提出及其研究發展 為實現小型化、易集成化的磁光環行器開拓了新思路和新方法。

光子晶體是由不同介質按照周期或準周期排列的新型人工材料，它的一 個重要特征是存在光子禁帶，對應禁帶頻段的光波不能在晶體中傳播。利用 這種帶隙效應，在光子晶體中引入缺陷即能實現對光子的操控。基于光子晶 體獨特的光學性質，具有不同功能的器件已經被廣泛研制和應用，如光子晶 體激光器、光子晶體波分復用器/解復用器、光子晶體諧振腔、光子晶體開關 等，它們在新型光子器件中具有不可估量的應用前景。

利用磁光效應設計光子晶體環行器件具有結構緊湊、設計靈活和集成度 高的優點，在提高光子晶體器件集成系統的信號穩定性方面具有潛在的應用 價值。然而，有關光子晶體磁光環行器的研究還處于初步階段，而且還都只 是基于單個光子晶體磁光腔的結構設計，它們結構形式上的單一性使得環行 器在端口拓展方面存在一定的局限性。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于提供一種基于磁光腔耦合的光子晶體四端 口環行器，通過合理布局兩個磁光腔之間的連接波導，在磁光腔耦合作用時 獲得最佳傳輸效率和高度光隔離，實現光子晶體中單方向光環行傳輸的功能。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種基于磁光腔耦合的光 子晶體四端口環行器，所述光子晶體由三角對稱排列的第一空氣柱周期分布 于介質背景材料中構成，三角對稱排列的第一空氣柱具體是指陣列中任何相 鄰三個第一空氣柱的中心連線構成等邊三角形，還包括兩個相同的第一磁光 腔和第二磁光腔，以及在第一磁光腔周圍對稱分布的第一波導、第二波導、 第三波導和在第二磁光腔周圍對稱分布的第四波導、第五波導、第六波導， 中間連接第一磁光腔和第二磁光腔的第三波導和第四波導構成“v”形排列，所 述第二波導和第四波導、所述第三波導和第五波導分別平行；所述第一磁光 腔與所述第一波導、第二波導、第三波導的銜接處均設立兩個第二空氣柱， 所述第二磁光腔與所述第四波導、第五波導、第六波導的銜接處同樣均設立 兩個第二空氣柱，該第二空氣柱的直徑小于所述的第一空氣柱的直徑；靠近 第一磁光腔的第一波導和第二波導、第一波導和第三波導以及第二波導和第 三波導之間分別設置兩排直徑遞增的第三空氣柱和第四空氣柱，靠近第二磁 光腔的第四波導和第五波導、第四波導和第六波導以及第五波導和第六波導 之間同樣分別設置兩排直徑遞增的第三空氣柱和第四空氣柱，所述第四空氣 柱的直徑大于所述第三空氣柱的直徑，第三空氣柱的直徑大于所述第一空氣 柱的直徑。

在本發明中，所述第三波導和第四波導連接處具有的上下位置的第五空 氣柱和第六空氣柱都沿著平行于第一波導和第六波導的方向向上移動所述光 子晶體的晶格常數一半的距離。

在本發明中，所述第一磁光腔和第二磁光腔均包括一磁光材料柱和六個 對稱分布在該磁光材料柱周圍的第一空氣柱，該磁光材料柱是在磁光材料填 充一個第一空氣柱的基礎上并對其施加與第一空氣柱軸線平行方向的磁場而 形成。

在本發明中，所述第一波導至第六波導是利用介質背景材料填充一列第 一空氣柱而形成，并且波導長度至少為三個所述光子晶體的晶格常數。

在本發明中，所述第一磁光腔周圍對稱分布的第一波導、第二波導及第 三波導之間的相鄰夾角為120度，所述第一波導、第二波導及第三波導的交 線匯聚于第一磁光腔中心；所述第二磁光腔周圍對稱分布的第四波導、第五 波導及第六波導之間的相鄰夾角為120度，所述第四波導、第五波導及第六 波導的交線匯聚于第二磁光腔中心。

在本發明中，所述構成“v”形排列的第三波導和第四波導的長度相同，并 且兩波導之間夾角為120度。