[發明專利]一種微波拓撲無阻傳輸線

有效

• 申請號: 202210441671.6
• 申請日: 2022-04-25
• 公開（公告）號: CN114725640B
• 公開（公告）日: 2022-10-21
• 發明（設計）人: 李志遠;覃秋蒙;陳劍鋒
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H01P3/00
• 分類號: H01P3/00;H01P3/20
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 周春麗

本發明公開了一種微波拓撲無阻傳輸線。所述微波拓撲傳輸線基于正方?六角復合晶格的五種單向拓撲邊界態設計任意配置不同邊界類型連接構成不同尖銳拐角的傳輸線；由于這五種邊界所形成的波導均具有抗背向散射傳輸的拓撲特性，因此基于這五種邊界態構成的傳輸線在拐角交叉處沒有發生背向反射，沒有模態混合問題和阻抗不匹配問題，導致整個傳輸網絡可以實現拓撲無阻傳輸，為開發拓撲驅動的無電阻光子器件提供了新的平臺。

技術領域

本發明屬于微波光學、拓撲光子學、磁光光子晶體領域，特別涉及一種微波拓撲無阻傳輸線。

背景技術

光子晶體波導是許多基于光子晶體器件的基本和必要的模塊，例如光子集成電路、定向耦合器、分束器等等。一般來說，實際的光子晶體波導的長度是有限的，因此實際光子電路或器件中的任何波導都不可避免地在某些交點或間斷點處終止，并傾向于局部從單模過渡到多模，多模自然會導致波導模在交叉點的平移和混合，導致不連續點輸入和輸出場的不匹配，從而使波導在交叉處引起強烈的反射，大大降低了傳輸效率。因此，在光波導中，減少或避免交叉點的模態混合問題和不連續點的阻抗不匹配問題成為一個必須充分考慮的關鍵問題。

多年來，為了克服背向反射損耗，在波導終端處提高傳輸效率，人們提出并探索了各種優化配置,例如在波導中添加優化的介質孔來實現幾乎完美的阻抗匹配(Y junctionsin photonic crystal channel waveguides:high transmission and impedancematching)。然而，由于這些配置都需要精確地設計，因此它們通常在幾何和物理參數方面都很復雜，并且在實踐中對制造誤差很敏感。近年來，科研人員研究發現拓撲光子絕緣體提供一個有效的解決方案來避免終端和交叉口處不連續的模式混合問題和阻抗的不匹配問題。到目前為止，絕大多數被充分研究的拓撲光子絕緣體都是基于基本的正方形(Broadband topological slow light through Brillouin zone winding，Chiraltopological surface on a finite square photonic crystal bounded by air)、蜂窩狀(One-way edge mode in a magneto-optical honeycomb photonic crystal，Antichiral one-way edge states in a gyromagnetic photonic crystal，Observationof photonic antichiral edge states)和三角形晶格(Achievement of unidirectionalair waveguide with extra-broad operation bandwidth in magneto-opticalphotonic crystals with a triangle lattice，Topological One-Way Large-AreaWaveguide States in Magnetic Photonic Crystals)，但受到晶格的簡單幾何形狀的限制，這些拓撲光子絕緣體只有相對較少的邊緣類型，傳輸效率較低。

總而言之，在傳統傳輸線路中，能量通量將在終端、交叉口和間斷點被反射，導致強烈的后向散射使得傳輸效率大大降低。

發明內容

為了克服現有拓撲傳輸線的缺點與不足，本發明的目的是在于提出一種基于正方-六角復合晶格的五種單向拓撲邊界態設計不同邊界類型連接構成不同尖銳拐角的傳輸線；由于正方-六角復合晶格磁光光子晶體結構的五種單向邊界態受拓撲保護，利用邊界態的單向特性，克服了交叉點的各種模態混合問題和不連續點的阻抗不匹配問題，建立了具有尖銳拐彎的各種結構的拓撲無電阻傳輸線。在這些傳輸線，雖然不同邊界的波阻抗是極其不同的，但能量通量仍然可以沿復合線無阻力的方式傳播。這些拓撲傳輸線的關鍵特性可以歸因于在傳輸線中的拓撲保護抑制了背向反射，因此傳輸線之間能量通量可以平穩地沿著復雜的復合傳輸線傳播。

本發明的目的至少通過如下技術方案之一實現。