[发明专利]一种引入补偿柱的高传输率和高隔离度的三端口光环行器

说明书

本发明公开了一种引入补偿柱的高传输率和高隔离度的三端口光环行器，包括三个光子晶体交叉波导分别对应三个端口，三个端口分别分布于光子晶体外围；在三个光子晶体波导中轴线交汇处设置一个第二介质材料柱，在第二介质材料柱的最邻近处分别设置三个相同的磁光材料柱；三个磁光材料柱以120°角旋转对称分布于三个交叉波导的交叉中心的周围；在第二介质材料柱的第二邻近处分别设置三个相同的第三介质材料柱,即补偿柱，三个补偿柱以120°角旋转对称分布于三个交叉波导交叉中心的周围，电磁波信号从任意一波导端口输入，将从下一相邻波导端口输出，另一端口为隔离状态以形成单方向环行传输。本发明结构紧凑，易于其它光子晶体器件实现集成。

技术领域

本发明属于光子晶体环行器技术领域，尤其涉及一种引入补偿柱的具有多个磁光材料柱耦合的三端口光子晶体环行器。

背景技术

随着当今飞速发展的全光信息处理技术，结构紧凑、易于集成的光子晶体器件在大规模集成光路系统中受到人们广泛关注和研究。光子晶体是一种介电常数或磁导率在空间呈周期或准周期排列的微型材料，它可使得一定频段的电磁波不能在其中传播，从而形成光子带隙。至今,基于光子晶体的多种微型器件相继被开发和研制，如高Q微腔、光纤探测器、微波滤波器、高效激光器、微型传感器等。光子晶体被誉为是最有潜力实现全光集成芯片的新一代光子器件之一。成功实现类似大规模集成电路那样的光子晶体逻辑集成光路，将使全光信息技术在处理速度、传输质量、存储容量等方面跃上新台阶。

在光路中，集成度的增加会导致元件之间信号的干扰显著增强，而信号干扰在很大程度上影响各元件的工作性能，甚至将导致整个系统异常。所以，消除信号干扰和保障传输稳定成为提高光路集成首要解决的问题。

在光子晶体结构中实现磁光环行器是一个较新研究领域，2005年首次由美国斯坦福大学S.Fan研究小组提出。至今，人们已经研究了几种光子晶体磁光环行器，但大多数是基于介质衬底-空气柱型的结构，对于另一种空气衬底-介质柱型的光子晶体磁光环行器研究甚少。因此，光子晶体磁光环行器研究还存在很多技术问题需要攻克，特别是：在器件类型方面，如何有效开发空气衬底-介质柱型的环行器；在器件结构方面，如何获得结构紧凑、形态简明的环行器；在器件性能方面，如何获得高隔离度高传输率的环行器。以上技术问题的解决，势必为光子晶体磁光环行器研究提供新的思路和发展方向。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种结构紧凑、易于集成、具有高隔离度、高传输率的单方向环行功能的环行器。

本发明的目的通过下述技术方案予以实现。

本发明的三端口环行器包括低折射率背景介质中呈三角晶格阵列排布的第一介质材料柱的二维光子晶体，每一个第一介质材料柱占据三角晶格的一个晶格，还包括三个光子晶体交叉波导和三个端口，所述三个光子晶体交叉波导为三个交叉连接且两两之间夹角为120°的光子晶体波导，所述三个光子晶体交叉波导分别对应三个端口，三个端口分别分布于光子晶体外围端面；在所述三个光子晶体波导中轴线交汇处设置一个第二介质材料柱，在所述第二介质材料柱的最邻近处分别设置三个相同的磁光材料柱；所述三个磁光材料柱以120°角旋转对称分布于三个交叉波导的交叉中心的周围，且每个磁光材料柱位于其所在波导的中轴线上；在所述第二介质材料柱的第二邻近处分别设置三个相同的第三介质材料柱；所述第三介质材料柱为补偿柱；所述三个补偿柱以120°角旋转对称分布于三个交叉波导的交叉中心的周围，且每个补偿柱位于其所在波导的中轴线上，电磁波信号从任意一波导端口输入，将从下一相邻波导端口输出，另一端口为隔离状态以形成单方向环行传输。

所述低折射率背景介质为空气、真空、二氧化硅、氟化镁，或者折射率小于1.5的介质材料。

所述第一介质材料柱为硅材料、砷化镓、二氧化钛、氮化镓，或者折射率大于2的介质材料。

所述第一介质材料柱的横截面为圆形、正方形，或者正多边形，所述第一介质材料柱的横截面形状优选为圆形。