[發明專利]一種非對稱反射的微環光傳輸器件及其制備方法

在審

• 申請號: 201711285335.2
• 申請日: 2017-12-07
• 公開（公告）號: CN108037563A
• 公開（公告）日: 2018-05-15
• 發明（設計）人: 陳鈺杰;楊灼輝;張彥峰;余思遠
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: G02B6/12
• 分類號: G02B6/12
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 林麗明

本發明涉及一種非對稱反射的微環光傳輸器件，包括襯底、設置在襯底上的微環、設置在襯底上的位于微環后側的上傳直波導，設置在襯底上的位于微環前側的下載直波導，以及設置在襯底上的位于微環左側/右側的散射體。

技術領域

本發明涉及光通信應用與集成光電子器件領域，更具體地，涉及一種非對稱反射的微環光傳輸器件及其制備方法。

背景技術

在光學中，隱形方面的研究已經持續了近一個世紀。光學隱形的概念要求光的單向透過性。隱形材料將空間分為兩部分，分別為材料包裹的內部空間和外部空間。從外部空間入射到隱形材料上的光要求能無反射和散射的透過隱形材料，使得內部能夠觀察到外部的情況。而從內部空間發射到隱形材料上的光則要求發生強烈的反射和散射，使盡可能少的內部光透射到外部空間，被外部空間所觀察到。這就要求打破光傳輸光程中透射和反射的洛倫茨互易性，實現光透射和反射的非對稱性。

發明內容

本發明的發明目的在于提供一種微環光傳輸器件，其能夠實現光傳輸的非對稱反射，甚至實現光傳輸的單向無反射。

為實現上述目的，本發明采取的技術方案為：

一種非對稱反射的微環光傳輸器件，包括襯底、設置在襯底上的微環、設置在襯底上的位于微環后側的上傳直波導，設置在襯底上的位于微環前側的下載直波導，以及設置在襯底上的位于微環左側/右側的散射體。

根據非厄米量子力學，開放的量子系統其哈密頓量具有非厄米的特性，即哈密頓矩陣的非對角元非厄米共軛，如果非對角元為實數，則非厄米性表現為非對角元不相等。這種系統在特定的勢能函數下，仍然具有全實的能量本征值。由于光學旁軸近似方程與薛定諤方程的相似性，可以用光學系統來模擬這種量子現象。在集成光子學系統中，與哈密頓量對應的反映系統光學變化過程的S矩陣中非對角元表征的是系統對不同方向入射光信號的反射率。在有增益或者損耗或者兩者兼有的集成光子學系統中，在特定的折射率分布下，系統仍然具有全實的頻譜，并且S矩陣具有非厄米性，因此系統對不同方向入射光信號的反射率是不相等的，即非對稱的反射。

由微環和上傳直波導、下載直波導構成的系統處于臨界耦合狀態時可以視為閉合系統，其S矩陣是厄米的，微環對于順時針和逆時針兩種對向傳輸的模式具有相同的反射率，且反射率在完美狀態下為0。當在微環的外側引入散射體時，散射體會明顯地增加微環的損耗，此時系統具有非厄米性，調整散射體的參數可以使得微環對于順時針和逆時針兩種對向傳輸的模式具有不同的反射率，即非對稱反射，在合適的散射體參數下可以實現單向無反射的光傳輸。

本發明提出的這種微環光傳輸器件能夠實現光傳輸的非對稱反射，打破了反射的互易性，實現了光學隱形的兩大要求之一。此外，該結構對于集成光子學中控制光傳輸的方向具有重要的意義，它可以作為一種新型的利用非對稱反射實現的非互易性器件，是集成光子學中隔離器、環形器等的可用方案。此外，由于結構極其簡單，與COMS工藝兼容，所以器件容易集成，生產成本低，具有較大的市場潛力。

優選地，所述上傳直波導、下載直波導與微環間的耦合處于或接近臨界耦合狀態。

優選地，微環的損耗應盡可能低，所述微環的側壁應盡可能光滑。

優選地，所述散射體的尺寸在四分之一諧振波長到諧振波長之間。

優選地，上傳直波導、下載直波導和微環的寬度和高度應當可以使90%以上的光場能量在波導中傳輸。

優選地，所述襯底的折射率低于微環、上傳直波導、下載直波導、散射體的折射率。

優選地，所述襯底的材料為二氧化硅，微環、上傳直波導、下載直波導、散射體的材料為氮化硅或硅。

同時，本發明還提供了一種以上器件的制備方法，其具體內容如下：

S1.在襯底上生長一定厚度的光波導層；