[发明专利]圆孔式正方晶格光子晶体低折射率单补偿散射柱直角波导

说明书

本发明公开了一种圆孔式正方晶格光子晶体低折射率单补偿散射柱直角波导，它由低折射率的第一介质柱在低折射率背景介质中按正方晶格排列而成的光子晶体，在所述光子晶体中移除一排和一列高折射率的第一介质柱以形成直角波导；在所述直角波导的拐弯处设置一个高折射率的第二介质柱；所述第二介质柱为补偿散射柱或者空气孔；所述第一介质柱为圆形低折射率柱或者空气孔。本发明的结构具有极低的反射率和非常高的传输率，便于大规模光路集成，这为光子晶体的应用提供了更广阔的空间。

技术领域

本发明涉及光子晶体拐弯波导，尤其是圆孔式低折射率介质柱和高折射率背景介质正方晶格光子晶体低折射率单补偿散射柱直角波导。

背景技术

1987年，美国Bell实验室的E.Yablonovitch在讨论如何抑制自发辐射和Princeton大学的S.John在讨论光子区域各自独立地提出了光子晶体(PC)的概念。光子晶体是一种介电材料在空间中呈周期性排列的物质结构，通常由两种或两种以上具有不同介电常数材料构成的人工晶体。光子晶体对光的传播具有较强、灵活的控制能力，不仅对直线式传导，而且对锐利的直角，其传导的效率也很高。如果在PC结构中引入一个线缺陷，创建一个导光的通道，称为光子晶体光波导(PCW)。这种波导即使在90°的转角处也只有很小的损失。与基本的全内反射的传统光波导完全不同，它主要利用缺陷态的导波效应，缺陷的引入在光子带隙(PBG)中形成新的光子态，而在缺陷态周围的光子态密度为零。因此，光子晶体光波导利用缺陷模式实现光传输不会产生模式泄漏，光子晶体光波导是构成光子集成光路的基本器件，光子晶体拐弯波导可以提高光路集成度，与之相关的研究对于集成光路的发展具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种具有极低的反射率和非常高的传输率的圆孔式正方晶格光子晶体低折射率单补偿散射柱直角波导。

为实现以上目的，本发明采取以下设计方案：

本发明的圆孔式正方晶格光子晶体低折射率单补偿散射柱直角波导，它由低折射率的第一介质柱在高折射率背景介质中按正方晶格排列而成的光子晶体，在所述直角波导的拐弯处设置一个低折射率的第二介质柱；所述第二介质柱为补偿散射柱或空气孔；所述第一介质柱为圆形低折射率柱或者空气孔。

所述第二介质柱为半圆形低折射率柱或者空气孔、弓形低折射率柱或者空气孔、圆形低折射率柱或者空气孔、三角形低折射率柱或者空气孔、多边形低折射率柱或者空气孔，或横截面轮廓线为圆滑封闭曲线的低折射率柱或者空气孔。

所述第二介质柱为半圆形低折射率柱或者空气孔。

所述高折射率背景介质的材料为硅、砷化镓、二氧化钛，或者折射率大于2的介质。

所述高折射率背景介质材料为硅，其折射率为3.4。

所述低折射率背景介质为空气、真空、氟化镁、二氧化硅，或者折射率小于1.6的介质。

所述低折射背景介质为空气。

所述直角波导为TE工作模式波导。

所述直角波导结构的面积大于或等于7a×7a，所述a为光子晶体的晶格常数。

本发明的光子晶体光波导器件能广泛应用于各种光子集成器件中。它与现有技术相比，有如下积极效果。

1.本发明的圆孔式正方晶格光子晶体低折射率单补偿散射柱直角波导有非常低的反射率和非常高的传输率，这为光子晶体的应用提供了更大的空间；

2.本发明的结构基于多重散射理论，通过单低折射率补偿散射柱对其内传输的光波实现相位和幅度的补偿，以降低反射率，提升透射率，该结构能实现低反射率和高透射率；

3.本发明的圆孔式正方晶格光子晶体低折射率单补偿散射柱直角波导基于的是正方晶格结构，可用于大规模集成光路设计中，光路简洁，便于设计，利于大规模光路集成；