[發明專利]超薄表面波光子晶體

在審

• 申請號: 201710373960.6
• 申請日: 2017-05-24
• 公開（公告）號: CN107315204A
• 公開（公告）日: 2017-11-03
• 發明（設計）人: 高振;許弘毅;張柏樂
• 申請（專利權）人: 深圳凌波近場科技有限公司
• 主分類號: G02B1/00
• 分類號: G02B1/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司33200
• 代理人: 鄭海峰

技術領域

本發明屬于光子晶體領域，具體涉及一種超薄表面波光子晶體。

背景技術

光子晶體是指具有光子帶隙(Photonic Band-Gap,簡稱為PBG)特性的人造周期性電介質結構，即頻率落在光子帶隙內的電磁波是禁止傳播的。通過在光子晶體中引入缺陷，電磁波可以被約束在缺陷中傳播，從而達到控制電磁波傳播的目的。在大規模集成光電路中有重要的應用前景。

表面等離子體激元(Surface Plasmon Polariton,SPP)是一種沿著導體和介質交界面傳輸、沿界面垂直方向上快速衰減的表面電磁波,它在亞波長集成光學領域具有廣泛的研究和應用。而人工表面等離子體激元(spoof SPP)是一種在低頻波段(微波、太赫茲或遠紅外)擁有和SPP類似的色散曲線、在金屬周期表面結構上傳輸的表面電磁波。人工表面等離子體能突破衍射極限，把電磁波約束在亞波長范圍內傳播，從而達到在亞波長尺寸范圍內控制電磁波傳輸的目的。

傳統光子晶體是基于布拉格散射的原理形成的，所以它的尺寸是波長量級的，這樣就會造成光子晶體器件的尺寸太大，特別是在低頻波段波長很長的時候。

傳統人工表面等離子體波導和表面波光子晶體雖然可以把電磁波約束在亞波長范圍內傳播，但是在垂直方向上金屬結構的厚度至少是波長的四分之一，雖然共面人工表面等離子體波導的厚度可以遠遠小于波長，但是由它構成的無彎曲半徑的彎曲波導會產生很大的散射，不僅嚴重降低電磁波信號的傳輸率，而且在集成器件之間會造成信號之間的串擾。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種超薄表面波光子晶體。

本發明的超薄表面波光子晶體由金屬底板上面二維周期性分布的金屬片構成，金屬片通過金屬柱與所述金屬底板連接在一起，所述金屬片和所述金屬底板之間填充介質。所述金屬片之間的周期小于六分之一個工作波長，所述超薄表面光子晶體的厚度小于六百分之一個工作波長。優選的，所述金屬片面積相等、形狀相同。

所述的填充介質可以為Rogers，FR4，F4B或普通印刷電路板，金屬片之間的周期是指相鄰金屬片中心之間的距離。金屬片形狀可以變化，六角形，圓形都可以，排列方式也可以變化。比如三角形陣列甚至準晶陣列，無序陣列等等。

本發明還公開了基于超薄表面波光子晶體的器件，通過在所述的超薄表面波光子晶體的金屬片上引入缺陷，使得所述缺陷處的諧振頻率處在周圍超薄表面波光子晶體的禁帶之內。

本發明還公開了一種能控制表面波傳輸的超薄表面波光子晶體，其為在本發明所述的超薄表面光子晶體上通過引入缺陷得到；所述引入缺陷的方式為減小金屬片的面積，使得缺陷處的諧振頻率正好處在周圍光子晶體的禁帶內。因此，當引入的缺陷為線缺陷時，電磁波會被約束在線缺陷內并沿著線缺陷傳播。

更進一步的，當引入的缺陷為無彎曲半徑的90度彎曲波導時，只要缺陷的諧振頻率處在周圍光子晶體的禁帶內，電磁波即可以通過無彎曲半徑的90度彎曲波導，且能實現無散射無反射的高效傳輸。

更進一步的，在所述的超薄表面波光子晶體內多個方向上通過引入線缺陷的方式引入直波導，直波導的一端互相相連，不同方向上的直波導的色散曲線相同，；所述引入缺陷的方式為減小金屬片的面積，所述被減小面積的金屬片的面積相等。如此，即構成了基于超薄表面波光子晶體的分波器。在分波器一端設置入射源，表面波就會沿著分波器不同的分支傳播，把入射波平均的分成多束波傳輸從而達到分波的目的，被分開的平面波的頻率也完全相同，只是能量被平均分成左右兩部分，達到能量上分波的目的。

本發明提出的新型超薄表面波光子晶體，該新型超薄表面波光子晶體和傳統的基于布拉格散射的光子晶體很不相同。因為該表面光子晶體是基于局部諧振產生的表面波光子禁帶，所以該新型超薄表面波光子晶體的周期遠遠小于波長，對于微波及太赫茲器件小型化有重要應用。

附圖說明

圖1(a)超薄表面波光子晶體示意圖。(b)該表面波光子晶體能帶結構圖。 (c)該表面波光子晶體的近場傳輸譜。

圖2(a)由超薄表面波光子晶體構造的耦合缺陷直波導示意圖。(b)該超薄表面波子晶體耦合直波導近場傳輸譜。(c)該直波導的電場分布圖。

圖3(a)由超薄表面波光子晶體構造的耦合缺陷彎曲波導示意圖。圖3(b) 該超薄表面波子晶體耦合彎曲波導的電場分布圖。

圖4(a)由超薄表面波光子晶體構造的耦合缺陷T型分波器示意圖。(b) 該超薄表面波子晶體耦合T型分波器的電場分布圖。

具體實施方式