[發明專利]一種二維組合型光子晶體及其應用

有效

• 申請號: 201410547098.2
• 申請日: 2014-10-15
• 公開（公告）號: CN104252019A
• 公開（公告）日: 2014-12-31
• 發明（設計）人: 楊修倫;范冉冉;黃哲;王林輝
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G02B6/122
• 分類號: G02B6/122;G02B6/125
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 王緒銀

技術領域

本發明涉及一種二維組合型光子晶體及其應用，屬于信息光學光子晶體的技術領域。

背景技術

1987年，Yablonovitch等人提出光子晶體概念，光子晶體是指具有光子帶隙的周期性電介質結構，頻率落在光子帶隙中的光不能傳播。近年來，除光子帶隙特性之外，異常色散特性也逐漸引起了人們的關注，其中包括自準直特性。

在1999年，Kosaka等人在光子晶體中發現了自準直效應，不同于真實的光波導，即在不引入光子晶體線缺陷的情況下，對于某種晶格，特定頻率的自準直光束可以無衍射地在光子晶體內部沿特定的方向傳播。光子晶體內光線的傳播方向由群速度的方向決定，而群速度的方向總垂直于等頻線EFC。若特定頻率的等頻線為直線，光線將沿直線傳播，形成虛波導。在一定入射角范圍內，光線都可以耦合進入光子晶體形成自準直傳輸。2003年，yu等人通過實驗，利用光子晶體的自準直特性，實現了光束90°的轉向和分束，這證明了在不對光子晶體進行特殊處理的情況下，不引入點缺陷或線缺陷，處于自準直頻率的光束可以沿特定的方向傳播，就好像由真實的光波導控制的一樣，也可達到控制光束傳播的目的。這大大降低了光子器件的復雜度，對集成光路的設計具有重要意義。

但目前對于自準直光束傳播方向的研究，大多只針對一種光子晶體，在自準直光子晶體內部引入一矩形空氣缺陷后，出射光束相對于入射光束而言，傳播方向大多只可以實現60°或90°的改變，導光角度的偏轉情況較為單一。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明公開了一種二維組合型光子晶體；

本發明還公開了上述二維組合型光子晶體的應用；

本發明是基于光子晶體自準直特性提出了一種二維組合光子晶體，所述二維組合光子晶體將不同類型的光子晶體的自準直頻率匹配起來。所述二維組合型光子晶體通過將三角晶格光子晶體及正方晶格光子晶體連接，對所述三角晶格光子晶體及所述正方晶格光子晶體的自準直頻率進行相應匹配，在適當的位置引入矩形空氣缺陷，沿自準直方向入射即可實現入射光束30°、60°、150°及210°的特殊角度的偏轉，為光子晶體導光方向的研究提供了一種新的方式，更好地控制光的傳播。

本發明的技術方案如下：

一種二維組合型光子晶體，包括上半部分光子晶體及下半部分光子晶體，所述上半部分光子晶體連接所述下半部分光子晶體，所述上半部分光子晶體為三角晶格光子晶體，所述三角晶格光子晶體包括平板狀基部及在所述平板狀基部上設置的按三角晶格周期性排布的原胞單元，所述下半部分光子晶體為正方晶格光子晶體，所述正方晶格光子晶體包括平板狀基部及在所述平板狀基部上設置的按正方晶格周期性排布的原胞單元，所述平板狀基部的材質為硅介質，所述硅介質的折射率n為3.4，所述原胞單元為圓柱形介質柱，所述圓柱形介質柱為空氣柱，所述三角晶格光子晶體晶格常數a為1，所述三角晶格光子晶體的空氣柱橫截面半徑r為0.25a，所述正方晶格光子晶體晶格常數為0.6a，所述正方晶格光子晶體的空氣柱橫截面半徑r為0.21a，在所述正方晶格光子晶體中，光束自準直傳播方向ΓM沿水平方向即沿ΓX方向引入一矩形空氣缺陷，所述光束自準直傳播方向ΓM與所述正方晶格光子晶體中的等頻線的形狀垂直，在所述三角晶格光子晶體中，光束自準直傳播方向ΓM沿豎直方向引入實現入射光束30°、60°、150°及210°偏轉的另一矩形空氣缺陷，所述光束自準直傳播方向ΓM與所述三角晶格光子晶體中的等頻線的形狀垂直。

上述推導過程如下：

設定所述三角晶格光子晶體晶格常數為a₁，所述三角晶格光子晶體的空氣柱橫截面半徑r為0.25a₁。

所述三角晶格光子晶體的自準直頻率f為0.3c/a₁，所述c為自由空間的光速。

使用TE偏振的光源，利用平面波展開法研究其等頻線分布，發現TE模第二能帶在頻率f＝0.3c/a₁時，等頻線的形狀垂直于ΓM方向接近于直線，說明這個頻率的入射光束在垂直于等頻線沿ΓM方向入射時，光束自準直傳播，則f＝0.3c/a₁為所述三角晶格光子晶體的自準直頻率。

設定所述正方晶格光子晶體晶格常數為a₂，所述正方晶格光子晶體的空氣柱橫截面半徑r為0.35a₂。

所述正方晶格光子晶體的自準直頻率f為0.18c/a₂，所述c為自由空間的光速。