[实用新型]二维光子晶体波片

说明书

本实用新型二维光子晶体波片属于一种光学零件。波片具有一个特征的方向，称为光轴。S、P波通过波片后，由于波片的折射率的各向异性，会产生附加的位相差，这里，S波和P波分别定义为偏振方向平行和垂直于光轴的电磁波(光波)。波片在光学领域里有广泛的用途。

通常的波片的主体是特殊的各向异性材料(如方解石、白云母等)的薄片，在现有技术中，适合做波片的材料有限，由于与基底材料难以结合(除非基底材料碰巧是能用来做波片的各向异性材料，这种情况很少见)，所以很难集成在新兴的集成光路、集成光电子器件中。

针对现有技术上述的不足，本实用新型二维光子晶体波片的目的是：极广泛地扩大做波片的材料的范围；解决在新兴的集成光路、集成光电子器件中集成波片的难题；利用二维光子晶体的强各向异性大幅度减少波片的厚度。本实用新型二维光子晶体波片的技术方案是这样的：

本实用新型所说的二维光子晶体波片由两种不同的各向同性的电介质材料组成。其中一种我们称之为背景电介质，另一种电介质被加工成柱形，排列在均匀分布的背景电介质中。在背景电介质内的一个有限的矩形平板平面区域内(以垂直于该平面的方向作Z轴方向)，若干平行Z轴的电介质柱在矩形平面上按晶体几何学上的二维周期性晶格(简单晶格或复式晶格)的方式排列，构成以Z轴为光轴的二维光子晶体波片。两种各向同性电介质的介电常数必须不同而且各电介质柱不能相碰，相邻电介质柱之间最大距离不大于入射电磁波在该背景电介质内的波长的50倍。为了固定的需要，可以将电介质柱固定在支架上，但支架应离透光区足够远，距离在10倍波长以上，电介质柱的长度也应该比波长长得多，长于波长的20倍。

可以用在背景电介质(例如硅)做的矩形平板(称为基底板)上，用光刻等方法刻出许多按上述周期性排列的洞(洞里的真空或空气就是另一种电介质)来制造本实用新型二维光子晶体波片。本实用新型的优点是：

对制造材料的物理限制很少(不要求材料本身具有各向异性的折射率等)，因此可用的材料比现有技术下可用的要广泛得多的；

二维光子晶体波片可以比现有技术中的波片薄很多；

因为可以用和基底相同的材料制成，又特别薄，能集成在新兴的集成光路、集成光电子器件中；

通过调节结构参数可以在满足指定的S波、P波附加位相差的前提下，满足一些其他的物理要求，例如S波的反射率与P波的相同等(这个要求对波片来说是重要的)

本实用新型提出以下附图：图1：在背景电介质上打孔制成的二维光子晶体波片示意图图2：背景电介质是空气或真空的二维光子晶体波片示意图

下面结合实施例将本实用新型做进一步的说明：

实施例1：

如图1所示：选垂直于基底板1的方向为Z轴，在硅基底板1上用光刻等方法钻出许多平行于Z轴的半径为0.3a的洞2(相当于空气柱)。这些洞以间距a在X轴方向等间距排列6行，Y方向等间距排列40行。电磁波从X方向垂直入射。上述系统就相当于一个光轴为Z轴的波片(a任意正实数，X、Y为基底板上互相垂直的坐标轴。)注：Y方向的行数以系统Y方向横截面超过入射电磁波波束宽度为原则。

实施例2：

如图2所示：选垂直于支架板1的方向为Z轴，与Z轴平行的半径为0.37a、介电常数为8.9的柱状电介质2共210根，以间距a在X轴方向等间距排列7行，Y方向等间距排列30行，背景电介质是真空或空气。电磁波从X方向垂直入射。对波长为9.8a的电磁波，上述系统就相当于一个光轴为Z轴的1/2波片(a：任意正实数，X、Y为基底板上互相垂直的两根坐标轴)。注：Y方向的行数以系统Y方向横截面超过入射电磁波波束宽度为原则。

本实用新型二维光子晶体波片使波片这一光学零件有了广泛的材料来源，而且，由于二维光子晶体的强各向异性，二维光子晶体波片能作得很薄，尤其是能集成在新兴的集成光路、集成光电子器件中，比现有技术中的波片有了更广泛的应用领域，有着重要的经济价值，开拓了光电子应用技术的新领域。