[發明專利]一種基于耦合拓撲波導的光學拓撲雙工器

有效

• 申請號: 202210231737.9
• 申請日: 2022-03-10
• 公開（公告）號: CN114545553B
• 公開（公告）日: 2022-12-16
• 發明（設計）人: 高飛;謝欣榮
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G02B6/122
• 分類號: G02B6/122;G02B6/12;G02B6/24
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 應孔月

本發明公開一種基于耦合拓撲波導的光學拓撲雙工器，包括：硅基底；硅基底上分布有多個圓柱形空氣孔，圓柱形空氣孔包括第一圓柱形空氣孔和第二圓柱形空氣孔；第一圓柱形空氣孔的直徑大于第二圓柱形空氣孔，以打破空間反演對稱性；第一圓柱形空氣孔和第二圓柱形空氣孔構成原胞，按蜂窩狀晶格周期排列，并形成第一谷光子晶體，交換第一谷光子晶體中不同圓柱形空氣孔的位置，形成第二谷光子晶體；第一谷光子晶體和第二谷光子晶體兩個區域之間形成第一拓撲波導與第二拓撲波導，第一拓撲波導為直線型，第二拓撲波導為三角形型；第一、第二拓撲波導形成耦合拓撲波導。本發明在不同波長下實現了延遲線和吸收器兩種功能的切換，具有很好的應用前景。

技術領域

本發明屬于光通信領域，尤其涉及一種基于耦合拓撲波導的光學拓撲雙工器。

背景技術

拓撲光子晶體由于其廣闊的應用前景而引起了國內外研究者廣泛的研究。拓撲學起源于凝聚態物理，后被引入至光學帶來了各種新穎的物理特性，到目前為止，研究者們已實現了基于量子霍爾效應、量子自旋霍爾效應以及量子谷霍爾效應的拓撲光子晶體。拓撲相通常用拓撲不變量來區分，在光學系統中，拓撲不變量可以用陳數進行表征，當具有不同陳數兩種拓撲光子晶體形成交界面時，由于拓撲體邊對應關系，會產生具有魯棒性質的拓撲邊界態，對結構缺陷具有免疫性質，使得拓撲光子學在集成光學、光通信等領域取得了豐碩的成果，并有望應用于量子計算。

目前對于拓撲邊界態的研究中，多數聚焦于魯棒傳輸特性的應用與推廣。這使得在光學器件結構中，拓撲邊界態的應用手段單一。近些年，也有研究關注于拓撲性質與非線性、非厄米性的結合，以豐富拓撲光子晶體的調控特性，但也不可避免地使系統的復雜性大大增加，制備難度大大提高。

發明內容

本發明克服現有技術的不足，本發明提供了一種基于耦合拓撲波導的光學拓撲雙工器。

根據本發明實施例，提供的一種基于耦合拓撲波導的光學拓撲雙工器結構，包括：硅基底、二氧化硅襯底和若干圓柱形空氣孔。

所述硅基底上分布有多個圓柱形空氣孔，所述圓柱形空氣孔包括第一圓柱形空氣孔和第二圓柱形空氣孔；所述第一圓柱形空氣孔的直徑大于第二圓柱形空氣孔，以打破空間反演對稱性；所述第一圓柱形空氣孔和第二圓柱形空氣孔構成原胞，按蜂窩狀晶格周期排列，并形成第一谷光子晶體(VPC1)，交換所述第一谷光子晶體中不同圓柱形空氣孔的位置，形成第二谷光子晶體(VPC2)；所述第一谷光子晶體和第二谷光子晶體兩個區域之間形成第一拓撲波導(WG1)與第二拓撲波導(WG2)，其中所述第一拓撲波導為直線型，所述第二拓撲波導為三角形型；所述第一拓撲波導和第二拓撲波導形成耦合拓撲波導(CoupledWG)。

進一步地，所述硅基底的折射率為3.47，空氣孔的折射率為1。

進一步地，所述蜂窩晶格的晶格常數為p＝401nm，第一圓形空氣孔的直徑為d₁＝174nm，第二圓形空氣孔的半徑為d₂＝81nm。

進一步地，所述硅基底的厚度為h＝220nm。

本發明的實施例提供的技術方案可以包括以下有益效果：

本發明提供了一種基于耦合拓撲波導的光學拓撲雙工器，與傳統引入非線性、非厄米性以豐富拓撲光子晶體光學調控方案相比，可以解決導致系統實現難度增大，拓撲性質復雜的問題。本發明在不同波長下實現了延遲線和吸收器兩種功能的切換，具有很好的應用前景。

應當理解的是，以上的一般描述和后文的細節描述僅是示例性和解釋性的，并不能限制本發明。

附圖說明

此處的附圖被并入說明書中并構成本說明書的一部分，示出了符合本發明的實施例，并與說明書一起用于解釋本發明的原理。

圖1是根據一示例性實施例示出的一種基于耦合拓撲波導的光學拓撲雙工器的結構示意圖。