[發(fā)明專利]一種基于類狄拉克點的負折射率波導快光器件及設計方法

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• 申請日: 2019-11-29
• 公開（公告）號: CN110749954A
• 公開（公告）日: 2020-02-04
• 發(fā)明（設計）人: 卓立強;趙澤陽;何真;邱偉彬
• 申請（專利權(quán)）人: 華僑大學
• 主分類號: G02B6/122
• 分類號: G02B6/122
• 代理公司: 35204 廈門市首創(chuàng)君合專利事務所有限公司
• 代理人: 張松亭;李艾華

1.一種基于類狄拉克點的負折射率波導快光器件，其特征在于：包括由設置在硅板上的多個三角晶格光子晶體組成的具有負折射率的上包層和下包層；還包括設置在所述上包層和下包層之間的以硅為介質(zhì)組成的芯層；所述上包層和下包層的上邊界、下邊界、左邊界和右邊界為散射邊界條件，入射光從所述芯層的一側(cè)入射，從所述芯層的另一側(cè)出射。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于類狄拉克點的負折射率波導快光器件，其特征在于，所述三角晶格光子晶體為空心空氣介質(zhì)柱，形成三角晶格核-殼光子晶體結(jié)構(gòu)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于類狄拉克點的負折射率波導快光器件，其特征在于，所述空心空氣介質(zhì)柱周期性地分布于硅介質(zhì)中。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于類狄拉克點的負折射率波導快光器件，其特征在于，所述負折射率波導快光器件的寬度在保持光子晶體結(jié)構(gòu)和邊界條件不變的前提下能夠增大或減小，即所述空氣介質(zhì)柱的數(shù)量能夠增加或減少。

5.一種如權(quán)利要求1至4中任意一項所述的基于類狄拉克點的負折射率波導快光器件的設計方法，其特征在于，包括：

S101，計算核-殼光子晶體的能帶結(jié)構(gòu)；

S102，調(diào)整核-殼結(jié)構(gòu)光子晶體中的空氣介質(zhì)柱的占空比以實現(xiàn)在布里淵區(qū)中心的類狄拉克點；

S103，利用所述能帶結(jié)構(gòu)計算光子晶體的有效介電常數(shù)和有效磁導率；

S104，依據(jù)類狄拉克點的空氣介質(zhì)柱的占空比，在硅板上構(gòu)造三角晶格光子晶體上包層和下包層，并在硅板中間留出預設厚度的芯層，所述上包層和下包層的上邊界、下邊界、左邊界和右邊界為散射邊界條件，入射光從所述芯層的一側(cè)入射，從所述芯層的另一側(cè)出射。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于類狄拉克點的負折射率波導快光器件的設計方法，其特征在于，空氣介質(zhì)柱的占空比的計算方式如下：

f＝(r1-r2)/a

其中，f表示占空比，r1表示空氣介質(zhì)柱外半徑，r2表示空氣介質(zhì)殼柱內(nèi)半徑，a表示晶格常數(shù)。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于類狄拉克點的負折射率波導快光器件的設計方法，其特征在于，所述有效介電常數(shù)和有效磁導率的計算方法，如下：

其中，ε_eff表示光子晶體的有效介電常數(shù)；μ_eff表示光子晶體的有效磁導率；k_y表示波矢量的y分量；ω表示角頻率；ε₀表示真空介電常數(shù)；μ₀表示真空磁導率；E_x表示本征電場沿x軸方向的平均值；H_z表示本征磁場沿z軸方向的平均值。

8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于類狄拉克點的負折射率波導快光器件的設計方法，所述S104之后，還包括：

S105，將構(gòu)造的光子晶體波導通過軟件模擬，對其進行仿真分析，得到所設計的負折射率波導快光器件的仿真結(jié)果。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于類狄拉克點的負折射率波導快光器件的設計方法，所述S105中仿真分析采用的方法為有限元數(shù)值方法。