[發明專利]一種圓環桿與平板連桿的二維正方晶格光子晶體

有效

• 申請號: 201410145359.8
• 申請日: 2014-04-11
• 公開（公告）號: CN103901536A
• 公開（公告）日: 2014-07-02
• 發明（設計）人: 歐陽征標;王晶晶
• 申請（專利權）人: 深圳大學
• 主分類號: G02B6/122
• 分類號: G02B6/122
• 代理公司: 深圳市科吉華烽知識產權事務所(普通合伙) 44248
• 代理人: 胡吉科

技術領域

本發明涉及寬絕對禁帶二維光子晶體。

背景技術

1987年，美國Bell實驗室的E.Yablonovitch在討論如何抑制自發輻射和Princeton大學的S.John在討論光子區域各自獨立地提出了光子晶體（Photonic?Crystal）的概念。光子晶體是一種介電材料在空間中呈周期性排列的物質結構，通常由兩種或兩種以上具有不同介電常數材料構成的人工晶體。

在頻域，對任意方向傳播的TE或TM波，電磁場態密度為零的頻率區間定義為光子晶體的TE或TM完全禁帶，同時為TE和TM完全禁帶的頻率區間被稱為光子晶體的絕對禁帶。設計具有完全禁帶或絕對禁帶的光子晶體，能夠簡單而有效地調控介質的宏觀電磁特性，包括選擇其中傳播電磁波的頻帶、模模式和傳輸路徑，控制其中介質的吸收或輻射等特性，是控制光子運動、制作各種光子器件的基礎。

對于各種光子晶體器件而言，光子禁帶越寬，器件的性能越好，例如，光子禁帶越寬，則光子晶體波導的工作頻帶越寬、傳輸損耗越小，光子晶體諧振腔和激光器的品質因子越高，光子晶體對自發輻射的約束效果越好，光子晶體反射鏡的反射率越高等。具有完全禁帶和絕對禁帶的光子晶體因對不同傳播方向上的光都存在光子帶隙。

現有技術中采用三角晶格、六角晶格等非正方晶格結構以獲得大的相對禁帶，但是在光子晶體集成光路中，不易于提供光路的集成度，而現有技術中的正方晶格光子晶體的絕對禁帶寬度很小。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術中的不足之處，提供一種易于光路集成，且具有非常大的絕對禁帶寬度相對值的二維正方晶格光子晶體。

本發明的目的是通過下述技術方案予以實現。

本發明的圓環桿與平板連桿的二維正方晶格光子晶體包括高折射率介質柱和低折射率背景介質柱；所述的光子晶體結構由元胞按正方晶格排列而成；所述的高折射率介質柱由平板介質柱與圓環介質柱連接構成；所述的平板介質柱的寬度D為0.01a～0.2a，所述的圓環柱的外徑R為0.1a～0.5a，所述的圓環柱的內外徑之差與圓環外徑的比值T為0.01～0.99。

所述元胞的左平板連接桿的最左端到右平板連接桿的最右端的距離為a；所述元胞的下平板連接桿的最底端到上平板連接桿的最頂端的距離為a。

所述的高折射率介質為硅、砷化鎵、二氧化鈦或者折射率大于2的高折射率介質；

所述的高折射率介質為硅，其折射率為3.4。

所述的低折射率背景介質為空氣、氟化鎂、二氧化硅或者低折射率介質。

所述的低折射率背景介質為空氣。

設置0.029a≤D≤0.124a，0.26a≤R≤0.38a，0.206≤T≤0.99，所述光子晶體結構的絕對禁帶相對值大于5%。

設置0.029a≤D≤0.086a，0.26a≤R≤0.38a，0.304≤T≤0.99，所述光子晶體結構的絕對禁帶相對值大于10%。

設置0.0385a≤D≤0.05275a，0.28a≤R≤0.34a，0.4755≤T≤0.99，所述光子晶體結構的絕對禁帶相對值大于15%。

設置D為0.049a，R為0.296a，T為0.838，絕對禁帶寬度相對值為19.026%。

本發明的圓環桿與平板連桿的二維正方晶格光子晶體，可廣泛應用于大規模集成光路設計中。它與現有技術相比，有如下積極效果。

（1）利用平面波展開法進行大量的精細研究得到，最大的絕對禁帶相對值和其對應的參數；通常將絕對禁帶寬度與禁帶中心頻率的比值作為禁帶寬度的考察指標，稱之為絕對禁帶寬度相對值。

（2）本光子晶體結構具有非常大的絕對禁帶，可以為光子晶體器件的設計和制造帶來更大的方便和靈活性。

（3）光子晶體集成光路中，光路中不同光學元件之間以及不同光路之間易于連接和耦合，采用正方晶格結構可以使光路簡潔，且易于提供光路的集成度。

（4）設計簡潔，易于制作，降低了制作成本。

附圖說明

圖1是本發明的圓環桿與平板連桿的二維正方晶格光子晶體的結構示意圖。

圖2是本發明圓環柱的內外徑之差與圓環外徑的比值T對于絕對禁帶相對值的影響圖。

圖3是本發明的光子晶體結構對應最大的絕對禁帶寬度相對值的能帶圖。

圖4為對應本發明光子晶體最大絕對禁帶相對值的參數的結構圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的實施方式進行詳細描述。