[發明專利]基于異構二維光子晶體的Y型偏振濾波分束器

無效

• 申請號: 201410062399.6
• 申請日: 2014-02-22
• 公開（公告）號: CN103941414A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發明（設計）人: 陳侃;王晨歌;黃騰超;舒曉武;劉承
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G02B27/28
• 分類號: G02B27/28
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林松海

技術領域

本發明提出了基于異構二維光子晶體的Y型偏振濾波分束器，涉及偏振濾波、光波分束及光子晶體波導領域。

背景技術

Y波導是偏振式光學傳感系統（如光纖陀螺）的核心部件。隨著對高精度和微小型光學傳感器的研制需要以及集成光學技術的發展，現階段的Y波導普遍是由質子交換技術加鈮酸鋰晶體制成的，它的起偏器中有兩條相互正交的快軸和慢軸，它的偏振作用從本質上來講，是將互相垂直的兩個偏振分量分開傳播。因其消光性能有限，兩個偏振光不能被完全分開，導致在傳輸過程中，這兩束光會不斷發生交叉耦合，從而產生偏振誤差。如何抑制乃至消除偏振交叉耦合，達到高消光比，一直是提高Y波導乃至光學傳感器性能的關鍵性技術問題。另外，現有Y波導所采用的鈮酸鋰（或鈦酸鋰）限制了Y波導的工作波段，僅覆蓋了850nm，1300nm和1550nm等特定波段，從而限制了光源的選擇。

光子晶體是一種折射率周期性變化的具有光子禁帶的電介質結構，其結構尺度與光波波長相當。如果電磁波的頻率落在帶隙中，則該頻率的電磁波不能在該結構中傳播。因此，該頻率的電磁波入射時將會被完全反射。不同的偏振方向具有不同的能帶結構，一般來說帶隙的位置也不相同，因此如果入射電磁波中的某一個偏振分量處于帶隙而另一個偏振不處于帶隙，則前者會被完全反射，后者完全透射，因此在透射出去的電磁波中僅僅包含一個偏振分量。同理，如果在光子晶體中引入缺陷，那么頻率處在帶隙中的偏振分量會被束縛在缺陷中傳播，而另一個偏振分量則會全部輻射出去。

利用上述光子晶體偏振濾波的帶隙效應和缺陷大角度彎折時理論上可接近無損導光的特點，為Y型波導單偏振導光的需求以達到極高的偏振消光比；同時，通過光子晶體的材料選擇和介質柱半徑的參數調節，基于二維光子晶體的Y型偏振濾波分束器理論上可以工作于任意波段。

發明內容

為了實現Y波導的高消光比和微型化，本發明的目的是提供一種基于異構二維光子晶體的Y型偏振濾波分束器，具有體積小，結構簡單，偏振度高，高消光比，可針對工作波長進行參數調節等特點。?

本發明的技術方案如下：

????一種基于異構二維光子晶體的Y型偏振濾波分束器，沿著電磁波的入射方向，它包括相鄰的濾波型光子晶體和分束型光子晶體：

所述的濾波型光子晶體的整體輪廓為四邊形，入射邊平行于出射邊，所述入射邊覆蓋全部入射波束和反射波束，出射邊覆蓋全部出射波束，剩余兩邊全部處在波束范圍之外；所述的濾波型光子晶體包括濾波型基底、濾波型背景材料和濾波型柱狀材料，濾波型基底蝕刻有規則排列的濾波型柱狀材料，間隙由濾波型背景材料填充；所述的濾波型背景材料和濾波型柱狀材料構成濾波型陣列結構；所述的濾波型基底和濾波型柱狀材料使用同一材料制成；

所述的分束型光子晶體，它的整體輪廓可為任意形狀，其中一邊緊貼著濾波型光子晶體的出射邊，內部有缺陷所構成的Y型導波光路，入射電磁波在透射過濾波型光子晶體后，從Y型缺陷的入射口耦合進分束型光子晶體，并分成強度比為:的兩束單偏光輸出；所述的分束型光子晶體包括分束型基底、分束型背景材料和分束型柱狀材料，分束型基底上蝕刻有規則排列的分束型柱狀材料，間隙由分束型背景材料填充；所述的分束型背景材料和分束型柱狀材料構成分束型陣列結構；所述的分束型基底和分束型柱狀材料使用同一材料制成；

所述的分束器具有偏振濾波和分束的作用。

所述的濾波型陣列結構、分束型陣列結構是六角形或正方形結構。

所述的分束型背景材料為氣體或液體或固體材料；所述的分束型柱狀材料為固體材料。

所述的濾波型背景材料為氣體或液體或固體材料；所述的濾波型柱狀材料為固體材料。

所述的濾波型柱狀材料和分束型柱狀材料的截面形狀為任意形狀。

所述的基于異構二維光子晶體的Y型偏振濾波分束器應用于偏振式光學傳感系統。

本發明的偏振濾波原理是：濾波型光子晶體存在帶隙，而入射電磁波中的某一偏振分量的頻率落在該帶隙中，于是該偏振分量會被濾波型光子晶體結構完全反射回去，而另一偏振分量則沿著電磁波入射方向完全透射出去。

本發明的光波分束原理是：分束型光子晶體存在帶隙，從濾波型光子晶體機構透射過來的偏振分量的頻率落在該帶隙內，因此會被束縛在Y型缺陷內傳輸。由于光子晶體的對稱結構，該偏振光會被分成強度比為1:1的兩束單偏光輸出。