[发明专利]一种实现光隔离的一维磁光子晶体

说明书

技术领域

本发明涉及一种光隔离体，具体是一种用于实现集成光隔离器的一维磁光子晶体。

背景技术

光隔离器是一种只允许正向传输光通过的非互易无源器件，它的主要作用是防止反向传输光对光源造成不良影响，提高光路系统传输的稳定性。

现有光隔离器由光轴方向呈45^o角的一对偏振器，以及置于两偏振器之间的法拉第旋转器组成。该法拉第旋转器包括中心的磁光晶体，以及包裹磁光晶体的环型永磁铁。

现代光通信技术的飞速发展要求用于光路的器件微型化，以便于集成。而现有的块状光隔离器由于磁光晶体体积的限制，最小尺度在毫米数量级，无法满足光路集成的要求。

H．Kato等（Properties of one-dimensional magnetophotonic crystals for use in optical isolator devices，Transactions On Magnetics.2002，Vol:38，3246-3248）提出了两种一维光子晶体结构，实现了高达99%以上的透射率和45^o附近的法拉第旋转角，此结构的一维磁光子晶体仅十几微米，将其代替目前磁光隔离器中的块状磁光晶体，可实现磁光隔离器的集成化。但这两种结构的一维磁光子晶体光谱极窄，只能适用于1300nm的中心工作波长处。当光源发光波长不稳定，在1300nm附近波动时，此结构的一维磁光子晶体无法应用。

M. Ghanaatshoar和M. Zamani等（Compact one-dimensional magnetophotonic crystals with simultaneous large Faraday rotation and high transmittance，Journal of modern optics.2012，Vol:59，126-130）针对1550纳米的光通信波长提的一种总厚度为10.84微米的一维磁光子晶体结构，可实现了高达100%的透射率和87.72^o的法拉第旋转角，通过旋转外加磁场可调节法拉第旋转角到45^o。但此结构也只能适用于1550nm的中心工作波长处，大大限制了集成磁光隔离器的工作性能。

M. Zamani等（Adjustable magneto-optical isolators with flat-top responses，Optics Express.2012，Vol:20，24524-24535）针对1550nm的光通信波长提出了几种可以实现宽带光隔离的一维磁光子晶体结构，最好的可在1550nm附近7.2nm内实现光隔离。而在这些结构中，最简单的结构也需95层光学薄膜。这些结构虽可用来实现中心波长附近小范围内的光隔离，但其薄膜层数较多，在实际应用中不易制备。

T. Goto等（Faraday rotation of a magnetophotonic crystal with the dual-cavity structure，Journal Of Applied Optics.2010，Vol:107，09A946）在实验上制备出了包含43层薄膜的一维磁光子晶体双缺陷结构，其实验测量值与理论分析相一致。该工作既证明了用一维磁光子晶体实现光隔离的可行性，又反应了现有制备一维磁光子晶体的薄膜技术。

发明内容

    本发明要解决的具体技术问题是现有实现光隔离的一维磁光子晶体光谱响应窄，包含薄膜层数较多，其目的是提供一种实现光隔离的一维磁光子晶体。

本发明上述所提供的一种实现宽带光隔离的一维磁光子晶体，包括一维磁光子晶体，其特征在于：所述一维磁光子晶体的结构式如下： 

 [H/L]³/M/[L/H]⁷/M/[H/L]⁷/M/[L/H]³；

其中：H是厚度为114.85nm的砷化镓薄膜；L是厚度为259.2nm的二氧化硅薄膜；M是厚度为158.68nm掺铈钇铁石榴石薄膜。

在上述技术方案中，进一步地附加技术特征在于：

所述结构的中心工作波长是1550nm。

所述中心工作波长在1550nm下：砷化镓GaAs的折射率是3.374；二氧化硅SiO₂的折射率是1.495；掺铈钇铁石榴石Ce:YIG是电介质张量中ε₁=4.884，ε₂=0.009。