[發明專利]利用低介電常數超材料制備的磁光隔離器

有效

• 申請號: 201610179774.4
• 申請日: 2016-03-25
• 公開（公告）號: CN105739135B
• 公開（公告）日: 2018-04-10
• 發明（設計）人: 陳將偉;宦杰;楊曉霞;陶志闊;謝國治
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: G02F1/09
• 分類號: G02F1/09;G02B1/00
• 代理公司: 江蘇愛信律師事務所32241
• 代理人: 唐小紅

技術領域

本發明涉及光電子技術領域，具體涉及一種利用低介電常數超材料制備的一維單缺陷磁光光子晶體、以實現反射型光隔離。

背景技術

光隔離器是一種只允許正向傳輸光通過的非互易無源器件，它的主要作用是防止反向傳輸光對光源造成不良影響，提高光路系統傳輸的穩定性。

現有反射型光隔離器由光軸方向呈45°角的一對偏振器，以及置于兩偏振器之間的克爾旋轉器組成。

現代光通信技術的飛速發展要求用于光路的器件微型化，以便于集成。而現有的塊狀光隔離器由于磁光晶體體積的限制，無法滿足光路集成的要求。

溫曉文等(反射型磁光多層膜隔離器工作穩定性的研究，物理學報2005,54：1847)針對1.053微米的光通信波長提出了一種可以實現反射型磁光隔離器的一維磁光多層膜結構，其總膜層數為19層，總膜層厚度為7.6779μm，在垂直入射的情況下，中心波長處克爾旋轉角可達44.6131°，反射率為97.411％，體現了小型化器件的優勢，同時提升了反射型磁光隔離器的性能。

近年來，介電常數較低，甚或趨近于零(Epsilon-near-zero(ENZ))的人工電磁超材料(Metamaterials)已經成為熱門的研究內容。多種類型的物質，如貴金屬、摻雜半導體、極性電介質、透明導體陶瓷等，被用來制備介電常數趨近于零的超材料。同時,增益型超材料也日益引人關注。

發明內容

本發明的目的在于克服現有相關技術的不足(如薄膜層數較多，總厚度較厚)，提供一種性能好、厚度更薄、層數較少的一維單缺陷磁光光子晶體隔離器，以滿足光路集成的要求。

本發明提供的利用低介電常數超材料制備的磁光隔離器，采用一維單缺陷磁光光子晶體結構的如下結構式：G2G1G2G1MG1G2G1G2G1G2G1G2G1，其中，G1為五氧化二鈦；G2為低介電常數超材料；M是摻鉍釔鐵石榴石。

在上述技術方案中，進一步的附加技術特征在于：

所述結構采用低介電常數超材料。

所述結構的中心工作波長是1.053微米。

在所述的中心工作波長在1.053微米下，五氧化二鈦(G1)的介電常數是4.73；低介電常數超材料(G2)的介電常數是0.581；摻鉍釔鐵石榴石(M)介電張量中ε_xx＝ε_yy＝5.87，ε_xy＝-ε_yx＝0.00283，ε_zz≈ε_xx，其他矩陣元為零。

所述結構中，G1和G2的厚度為1/4光學波長，M的厚度為10倍光學波長。

所述結構在光垂直射入時，中心波長處的克爾旋轉角達44.97923°，反射率可達98.91675％。

有益效果

實現上述發明所提供的利用低介電常數超材料制備的磁光隔離器的技術方案，是利用低介電常數超材料構建一維光子晶體結構，并引入磁光晶體缺陷，實現接近45°的克爾旋轉角和高反射率。與現有技術相比，由于選用了低介電常數超材料材，便于優化設計、獲得厚度較薄、光隔離性能優異的磁光隔離器。

本發明所提供的利用低介電常數超材料制備的磁光隔離器，與現有在中心波長處實現光隔離的器件相比，總厚度較薄，為7.2657微米，方便光路集成，且性能受膜層厚度變化的影響較小。

附圖說明

圖1是本發明利用低介電常數超材料制備的磁光隔離器結構的示意圖。

圖2是光垂直入射時，發明的利用低介電常數超材料制備的磁光隔離器的克爾旋轉角在中心波長附近的頻譜響應圖。

圖3是光垂直入射時，發明的利用低介電常數超材料制備的磁光隔離器的反射率在中心波長附近的頻譜響應圖。

具體實施方式

下面結合附圖通過具體實施方式對本發明所提供的利用低介電常數超材料制備的磁光隔離器的技術方案作出進一步的說明。

低介電常數超材料G2選用Ag/Ge/Ag/Ge/Ag/Ge多層膜，其中銀層厚度為20納米，鍺層厚度為95納米。

采用射頻磁控濺射方法制備：配置五氧化二鈦、摻鉍釔鐵石榴石、銀和鍺靶材，按圖1所示的結構設計設定濺射進程，在單晶食鹽基底上逐層沉積，成膜后用蒸餾水溶解掉食鹽基底，即可得到所需的膜片。

本發明利用低介電常數超材料制備的磁光隔離器，當光垂直入射時，數值模擬得到的克爾旋轉角和能量反射率在中心波長附近的的頻譜響應圖如圖2和圖3所示，可見，中心波長處的克爾旋轉角達44.97923°，反射率可達98.91675％。