[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于類(lèi)狄拉克點(diǎn)的負(fù)折射率波導(dǎo)快光器件及設(shè)計(jì)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911202534.1
• 申請(qǐng)日: 2019-11-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110749954A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-02-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 卓立強(qiáng);趙澤陽(yáng);何真;邱偉彬
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 華僑大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G02B6/122
• 分類(lèi)號(hào): G02B6/122
• 代理公司: 35204 廈門(mén)市首創(chuàng)君合專(zhuān)利事務(wù)所有限公司
• 代理人: 張松亭;李艾華

一種基于類(lèi)狄拉克點(diǎn)的負(fù)折射率波導(dǎo)快光器件及設(shè)計(jì)方法，負(fù)折射率波導(dǎo)快光器件包括由設(shè)置在硅板上的多個(gè)三角晶格光子晶體組成的具有負(fù)折射率的上包層和下包層；還包括設(shè)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。本發(fā)明利用類(lèi)狄拉克點(diǎn)附近頻率可使光子晶體的有效折射率為負(fù)的特性，通過(guò)控制入射光的頻率和芯層厚度，實(shí)現(xiàn)包層的負(fù)折射率，并使得光在芯層中具有負(fù)群速度，以及反向傳播的行為。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及微結(jié)構(gòu)光子晶體元件，特別涉及基于類(lèi)狄拉克點(diǎn)的負(fù)折射率波導(dǎo)快光器件及設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)

光子晶體是一種不同介質(zhì)在空間呈周期性分布的人工合成的材料，由于其晶格常數(shù)和工作波長(zhǎng)在一個(gè)數(shù)量級(jí)上，基于光子晶體的快光器件更易于實(shí)現(xiàn)高度集成化，適應(yīng)光電集成的發(fā)展趨勢(shì)。

波導(dǎo)器件在光通信系統(tǒng)中扮演著重要角色，為了避免光束在介質(zhì)中傳輸時(shí)，由于介質(zhì)的吸收和散射而引起損耗，繞射而引起發(fā)散，導(dǎo)致光束中心部分的強(qiáng)度不斷地衰減，保證光束在傳播過(guò)程中能量在縱向上受到限制，使得光束能夠集中在芯層中傳輸，并且損耗和噪聲降到最小，因此波導(dǎo)器件是必不可少的。目前，負(fù)折射率波導(dǎo)可由有效介電常數(shù)ε_eff以及有效磁導(dǎo)率μ_eff為負(fù)的左手材料(LHMs)構(gòu)成(Taya S A,Qadoura I M.Guided modesin slab waveguides with negative index cladding and substrate[J].Optik-International Journal for Light and Electron Optics,2013,124(13):1431-1436.)，而且負(fù)折射率波導(dǎo)可以實(shí)現(xiàn)反常色散現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致快光現(xiàn)象(即負(fù)群速度)(Zhang Y,Zhang X,Wang Y,et al.Reversible Fano resonance by transition from fast lightto slow light in a coupled-resonator-induced transparency structure[J].Opticsexpress,2013,21(7):8570-8586.)。近年來(lái)，通過(guò)控制快光的群速度，便可實(shí)現(xiàn)光脈沖(Lezama A,Akulshin A M,Sidorov A I,et al.Storage and retrieval of lightpulses in atomic media with“slow”and“fast”light[J].Physical Review A,2006,73(3):033806.)，傳播糾纏態(tài)的量子相互信息(Clark J B,Glasser R T,Glorieux Q,etal.Quantum mutual information of an entangled state propagating through afast-light medium[J].Nature Photonics,2014,8(7):515.)等。但是由于材料的有效介電常數(shù)ε_eff和有效磁導(dǎo)率μ_eff在通常情況下為特定值，因此構(gòu)成的負(fù)折射率波導(dǎo)功能較為局限，在實(shí)際應(yīng)用中不是很便利。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺陷，提出一種基于類(lèi)狄拉克點(diǎn)的負(fù)折射率波導(dǎo)快光器件及設(shè)計(jì)方法，通過(guò)控制入射光的頻率，實(shí)現(xiàn)反常色散現(xiàn)象和光的反向傳播。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一方面，本發(fā)明一種基于類(lèi)狄拉克點(diǎn)的負(fù)折射率波導(dǎo)快光器件，包括由設(shè)置在硅板上的多個(gè)三角晶格光子晶體組成的具有負(fù)折射率的上包層和下包層；還包括設(shè)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。

優(yōu)選的，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)。