[發明專利]二維光子晶體平板、設計方法及利用此平板的光器件

有效

• 申請號: 202010151013.4
• 申請日: 2020-03-06
• 公開（公告）號: CN111308582B
• 公開（公告）日: 2021-10-01
• 發明（設計）人: 侯金;楊春勇;陳少平
• 申請（專利權）人: 中南民族大學
• 主分類號: G02B1/00
• 分類號: G02B1/00
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 陳金林

1.一種二維光子晶體平板，包括上包層、下包層和位于所述上包層和所述下包層之間的二維光子晶體核心層，其中

所述二維光子晶體核心層為有限高的二維光子晶體，由周期排列的多個柱體和填充區域構成，所述柱體由所述二維光子晶體平板中折射率最高的材料形成，所述填充區域包圍所述柱體并且由折射率低于所述柱體的折射率的材料形成，

所述下包層包括固態支撐結構，

所述二維光子晶體平板具有完全光子帶隙，其位于所述上包層和所述下包層所確定的包層光線以及所述二維光子晶體平板的類TE模式的最低階光子能帶曲線的下方，并位于所述二維光子晶體平板的類TM模式的最低階光子能帶曲線上方，并且

所述有限高的二維光子晶體所對應的無限高理想二維光子晶體在TM模式的最低階能帶曲線與第二低階能帶曲線之間具有TM偏振態光子帶隙。

2.如權利要求1所述的二維光子晶體平板，其中

所述無限高理想二維光子晶體不具有完全光子帶隙。

3.如權利要求1所述的二維光子晶體平板，其中

所述無限高理想二維光子晶體不具有最低階光子能帶曲線與第二階能帶光子曲線形成的完全光子帶隙。

4.如權利要求1所述的二維光子晶體平板，其中

所述無限高理想二維光子晶體具有不滿足預定寬度要求的完全光子帶隙。

5.如權利要求1至4中的任一項所述的二維光子晶體平板，其中

所述二維光子晶體平板的完全光子帶隙由最低階光子能帶曲線和包層光線圍成的區域確定，或者由最低階光子能帶曲線、第二階光子能帶曲線和包層光線圍成的區域確定。

6.如權利要求5所述的二維光子晶體平板，其中

所述最低階光子能帶曲線為所述二維光子晶體平板的類TM模式的最低階能帶曲線，并且

所述第二階光子能帶曲線為所述二維光子晶體平板的類TM模式的第二低階光子能帶曲線，或者為所述二維光子晶體平板的類TE模式的最低階能帶曲線，或者由所述二維光子晶體平板的類TE模式的最低階能帶曲線的一部分和類TM模式的第二低階光子能帶曲線的一部分形成。

7.如權利要求1至4中的任一項所述的二維光子晶體平板，其中

形成所述二維光子晶體平板的材料的最大折射率比低于2.4。

8.如權利要求1至4中的任一項所述的二維光子晶體平板，其中

所述上包層和/或所述下包層為由折射率低于所述二維光子晶體平板中最大折射率的多種材料組成的二維光子晶體包層。

9.如權利要求8所述的二維光子晶體平板，其中

所述上包層和/或所述下包層的二維光子晶體具有和所述二維光子晶體核心層相同的晶格結構，

所述下包層的二維光子晶體中的柱體半徑大于或者等于所述二維光子晶體核心層的柱體半徑，并且

所述上包層的二維光子晶體中的柱體半徑小于或者等于所述二維光子晶體核心層的柱體半徑。

10.如權利要求1至4中的任一項所述的二維光子晶體平板，其中

所述上包層和/或所述下包層為折射率低于所述二維光子晶體平板中最大折射率的材料形成的均質層。

11.一種利用如權利要求1-10中的任一項所述的二維光子晶體平板形成的光器件，所述光器件為在所述二維光子晶體平板中形成點缺陷和/或線缺陷。

12.一種設計如權利要求1-10中的任一項所述的二維光子晶體平板的方法，包括：

在預定折射率比下計算無限高理想二維光子晶體的光子能帶曲線，

在所述無限高理想二維光子晶體的光子能帶曲線中的最低階TM模式與第二低階TM模式之間具有滿足第一預定寬度要求的TM光子帶隙的情況下，將所述無限高理想二維光子晶體的結構參數作為所述二維光子晶體核心層的二維結構初始參數，以及

基于所述二維光子晶體核心層的二維結構初始參數，設計和優化所述二維光子晶體核心層的結構參數以及所述上包層和所述下包層的結構參數，并計算所述二維光子晶體平板的光子能帶曲線，使得所述二維光子晶體平板獲得滿足第二預定寬度要求的完全光子帶隙，且所述完全光子帶隙位于所述上包層和所述下包層所確定的包層光線以及所述二維光子晶體平板的類TE模式的最低階光子能帶曲線的下方并位于所述二維光子晶體平板的類TM模式的最低階光子能帶曲線上方。