[發(fā)明專利]一種基于變換介質(zhì)的光子晶體彎折波導(dǎo)結(jié)構(gòu)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410708468.6
• 申請(qǐng)日: 2014-11-28
• 公開（公告）號(hào): CN104360439B
• 公開（公告）日: 2019-01-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王身云;季靈;許燕
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京信息工程大學(xué)
• 主分類號(hào): G02B6/125
• 分類號(hào): G02B6/125
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 吳樹山

本發(fā)明涉及一種基于變換介質(zhì)的光子晶體彎折波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，包括周邊設(shè)有外圍隔離層(PEC)的光子晶體直角波導(dǎo)，其特征在于所述光子晶體直角波導(dǎo)由光子晶體波導(dǎo)區(qū)域(ABEF)、變換光子晶體波導(dǎo)1區(qū)域(ABC’)和變換光子晶體波導(dǎo)2區(qū)域(AC’D’)構(gòu)成，其中：所述變換光子晶體波導(dǎo)1區(qū)域(ABC’)和變換光子晶體波導(dǎo)2區(qū)域(AC’D’)分別為背景介質(zhì)的三角區(qū)域，所述光子晶體波導(dǎo)區(qū)域(ABEF)變換到背景介質(zhì)的三角區(qū)域，由此構(gòu)成光子晶體波導(dǎo)彎折空間區(qū)域。本發(fā)明通過采用變換介質(zhì)與二維光子晶體復(fù)合的結(jié)構(gòu)來控制光波傳輸?shù)牡蛽p耗直角光波導(dǎo)，可使光波在彎折處低損耗甚至無損耗傳輸且適用于彎折角度較大的情況下使用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于一種光學(xué)元器件技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于變換介質(zhì)的光子晶體彎折波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

在現(xiàn)代集成光路系統(tǒng)中，光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)是不可缺少的光子傳輸線結(jié)構(gòu)，而彎折光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)可以有效地控制光波沿不同路徑的傳輸。光子晶體是由不同折射率的介質(zhì)周期性排列而成的人工微結(jié)構(gòu)，電磁波在其中傳播時(shí)由于布拉格散射，電磁波會(huì)受到調(diào)制而形成能帶結(jié)構(gòu)，這種能帶結(jié)構(gòu)叫做光子能帶。光子能帶之間可能出現(xiàn)帶隙，即光子帶隙。由于帶隙中沒有任何態(tài)存在，頻率落在帶隙中的電磁波被禁止傳播。通過在完整的二維光子晶體中引入缺陷，破壞光子禁帶，引入缺陷態(tài)，可用來制作二維光子晶體功能器件。若在完整的二維光子晶體中引入線缺陷即去掉數(shù)排介質(zhì)柱，那么相應(yīng)頻率的電磁波就只能在這個(gè)線缺陷中傳播，離開線缺陷就會(huì)迅速衰減，可以通過在二維光子晶體中引入線缺陷來制作光子晶體波導(dǎo)。

變換介質(zhì)是通過基于空間變換來重新設(shè)計(jì)原背景介質(zhì)的電磁參數(shù)，使得重新設(shè)計(jì)的變換介質(zhì)引導(dǎo)光波沿所需要的變換空間傳輸。利用光子晶體與變換光學(xué)原理重新設(shè)計(jì)彎折波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，這與傳統(tǒng)的介質(zhì)波導(dǎo)采用全反射來控制光波的橫向傳輸機(jī)理是不同的。光子晶體波導(dǎo)的優(yōu)勢(shì)在于當(dāng)波導(dǎo)發(fā)生彎折時(shí)，其依然可以實(shí)現(xiàn)低損耗傳輸，從而克服了傳統(tǒng)介質(zhì)波導(dǎo)或光纖在彎折處損耗較大的特點(diǎn)。但純光子晶體波導(dǎo)在彎折處的結(jié)構(gòu)需要進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)，特別是彎折角度較大的時(shí)候，這種設(shè)計(jì)相當(dāng)困難。

目前，光子晶體彎折波導(dǎo)僅限于在一維或二維結(jié)構(gòu)上的設(shè)計(jì)，只有在彎折角度相對(duì)較小時(shí)才能達(dá)到低損耗傳輸?shù)囊蟆Ｒ虼耍绾慰朔F(xiàn)有技術(shù)存在的不足已成為光學(xué)元器件技術(shù)領(lǐng)域亟待解決的重點(diǎn)難題之一。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足而提供一種基于變換介質(zhì)的光子晶體彎折波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，本發(fā)明通過采用變換介質(zhì)與二維光子晶體復(fù)合的結(jié)構(gòu)來控制光波傳輸?shù)牡蛽p耗直角光波導(dǎo)，可使光波在彎折處低損耗甚至無損耗傳輸且適用于彎折角度較大的情況下使用。

根據(jù)本發(fā)明提出的一種基于變換介質(zhì)的光子晶體彎折波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，包括光子晶體直角波導(dǎo)、外圍隔離層(PEC)，該光子晶體直角波導(dǎo)的周邊設(shè)置有外圍隔離層(PEC)，其特征在于，所述光子晶體直角波導(dǎo)由光子晶體波導(dǎo)區(qū)域(ABEF)、變換光子晶體波導(dǎo)1區(qū)域(ABC’)和變換光子晶體波導(dǎo)2區(qū)域(AC’D’)構(gòu)成，其中：所述變換光子晶體波導(dǎo)1區(qū)域(ABC’)和變換光子晶體波導(dǎo)2區(qū)域(AC’D’)分別為背景介質(zhì)的三角區(qū)域，所述光子晶體波導(dǎo)區(qū)域(ABEF)變換到背景介質(zhì)的三角區(qū)域，由此構(gòu)成光子晶體波導(dǎo)彎折空間區(qū)域。