[发明专利]基于磁光腔耦合的光子晶体四端口环行器

说明书

技术领域

本发明涉及光子晶体器件和磁光技术等领域，尤其涉及一种基于磁光腔 耦合的光子晶体四端口环行器。

背景技术

光环行器是集成光学中具有抗干扰作用的重要光器件。光环行器可以在 多个端口间形成光的单方向环行传输，使得入射信号能够顺利通过而反射信 号获得隔离。这种特性能够大大降低集成光路中器件之间反射光的相互串扰， 非常有利于提高系统的稳定性。传统的光环行器主要是基于磁光材料的块材 结构，其缺点是体积大且不易与其它器件集成，这些不利因素很大程度上限 制了它们在新一代光器件集成中的应用。光子晶体概念的提出及其研究发展 为实现小型化、易集成化的磁光环行器开拓了新思路和新方法。

光子晶体是由不同介质按照周期或准周期排列的新型人工材料，它的一 个重要特征是存在光子禁带，对应禁带频段的光波不能在晶体中传播。利用 这种带隙效应，在光子晶体中引入缺陷即能实现对光子的操控。基于光子晶 体独特的光学性质，具有不同功能的器件已经被广泛研制和应用，如光子晶 体激光器、光子晶体波分复用器/解复用器、光子晶体谐振腔、光子晶体开关 等，它们在新型光子器件中具有不可估量的应用前景。

利用磁光效应设计光子晶体环行器件具有结构紧凑、设计灵活和集成度 高的优点，在提高光子晶体器件集成系统的信号稳定性方面具有潜在的应用 价值。然而，有关光子晶体磁光环行器的研究还处于初步阶段，而且还都只 是基于单个光子晶体磁光腔的结构设计，它们结构形式上的单一性使得环行 器在端口拓展方面存在一定的局限性。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种基于磁光腔耦合的光子晶体四端 口环行器，通过合理布局两个磁光腔之间的连接波导，在磁光腔耦合作用时 获得最佳传输效率和高度光隔离，实现光子晶体中单方向光环行传输的功能。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于磁光腔耦合的光 子晶体四端口环行器，所述光子晶体由三角对称排列的第一空气柱周期分布 于介质背景材料中构成，三角对称排列的第一空气柱具体是指阵列中任何相 邻三个第一空气柱的中心连线构成等边三角形，还包括两个相同的第一磁光 腔和第二磁光腔，以及在第一磁光腔周围对称分布的第一波导、第二波导、 第三波导和在第二磁光腔周围对称分布的第四波导、第五波导、第六波导， 中间连接第一磁光腔和第二磁光腔的第三波导和第四波导构成“v”形排列，所 述第二波导和第四波导、所述第三波导和第五波导分别平行；所述第一磁光 腔与所述第一波导、第二波导、第三波导的衔接处均设立两个第二空气柱， 所述第二磁光腔与所述第四波导、第五波导、第六波导的衔接处同样均设立 两个第二空气柱，该第二空气柱的直径小于所述的第一空气柱的直径；靠近 第一磁光腔的第一波导和第二波导、第一波导和第三波导以及第二波导和第 三波导之间分别设置两排直径递增的第三空气柱和第四空气柱，靠近第二磁 光腔的第四波导和第五波导、第四波导和第六波导以及第五波导和第六波导 之间同样分别设置两排直径递增的第三空气柱和第四空气柱，所述第四空气 柱的直径大于所述第三空气柱的直径，第三空气柱的直径大于所述第一空气 柱的直径。

在本发明中，所述第三波导和第四波导连接处具有的上下位置的第五空 气柱和第六空气柱都沿着平行于第一波导和第六波导的方向向上移动所述光 子晶体的晶格常数一半的距离。

在本发明中，所述第一磁光腔和第二磁光腔均包括一磁光材料柱和六个 对称分布在该磁光材料柱周围的第一空气柱，该磁光材料柱是在磁光材料填 充一个第一空气柱的基础上并对其施加与第一空气柱轴线平行方向的磁场而 形成。

在本发明中，所述第一波导至第六波导是利用介质背景材料填充一列第 一空气柱而形成，并且波导长度至少为三个所述光子晶体的晶格常数。

在本发明中，所述第一磁光腔周围对称分布的第一波导、第二波导及第 三波导之间的相邻夹角为120度，所述第一波导、第二波导及第三波导的交 线汇聚于第一磁光腔中心；所述第二磁光腔周围对称分布的第四波导、第五 波导及第六波导之间的相邻夹角为120度，所述第四波导、第五波导及第六 波导的交线汇聚于第二磁光腔中心。

在本发明中，所述构成“v”形排列的第三波导和第四波导的长度相同，并 且两波导之间夹角为120度。