[发明专利]基于光子晶体波导的十字型环行器

说明书

技术领域

本发明涉及四端口十字型环行器领域,尤其涉及一种基于光子晶体技术的十字型环行器。

背景技术

自从电磁学诞生以来，环行器以它独特的功能被广泛使用。环行器根据不同的用途可以应用于不同波段与器件。如当做隔离器使用时，可以通过屏蔽来自输出端的信号而使信号只能在一个方向上传播；而在雷达技术中，环行器可以将信号从发射器环行到天线、再从天线环行到接收器，而实现双工器的功能；在反射放大器中，环行器作为非互易器件可以将放大的输出信号与输入端分离。

近年来，随着光子晶体理论的提出，光子晶体波导被认为是可以高效传输电磁波的一种媒质。因此，光子晶体波导理论为探索高效率的微波集成电路和集成光路开拓了新的领域。在集成大量组件的微波器件和集成光路中，各个组件之间不可避免的会产生各种回波干扰而影响整个系统的功能。因此，将这些干扰最小化将是优化整个系统的首要任务。基于铁氧体材质的光子晶体波导环行器是一种非互易器件，它可以使波沿单一方向传播，而反向传播的波将被导入到另一波导。尽管目前已经设计出来的基于光子晶体波导的环行器相对于传统的磁光环行器来说，体积小了许多而且具有更好的性能，然而大部分设计都使用了多根磁光介质柱或耦合介质柱，并且与波前直接作用，因而结构还是相对复杂并且带宽相对较窄。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种基于光子晶体波导的超高效紧凑十字型环行器。

本发明的目的通过下述技术方案予以实现。

本发明的基于光子晶体波导的超高效紧凑十字型环行器包括一个四个端口的十字交叉的光子晶体波导；所述的十字交叉光子晶体波导中心放置一个方形磁光介质杆；所述位于交叉波导中心的四个拐角处，分别设置四个方形介质杆切角成为直角边与背景方形介质杆边长相同的等腰直角三角形以形成拐角介质杆；所述拐角介质杆与其对应格点位置的左边重合或不重合；所述环行器的插入损耗为0.02dB～1dB，其隔离端与输入端的隔离度大于14dB。

所述光子晶体由高折射率介质杆在低折射率介质背景中周期排列而成，或由低折射率介质杆在高折射率介质背景中周期排列而成。

所述高折射率介质材料为硅、砷化镓、二氧化钛、氮化硅等折射率大于2的介质，低折射率介质材料为空气、真空、二氧化硅、冰晶石、橄榄油或折射率小于1.6的介质。

所述光子晶体波导的任意输入端输入的波沿顺时针或逆时针环行到相邻的与输入端波导90度正交的输出波导端口，电磁波的环行方向随外加磁场的方向而改变。

所述磁光介质杆为铁氧体材料。

所述磁光介质杆的横截面为方形、矩形、圆形、椭圆形、环行、五边形、六边形、任意多边形、任意闭合曲线。

所述四个拐角介质杆的横截面为三角形、半圆形、半椭圆形、半多边形、或由一直边和曲线形成的闭合图形。

所述光子晶体十字交叉波导的背景介质柱的横截面为三角形、圆形、半圆形、椭圆型、半椭圆形、多边形、或闭合曲线。