[发明专利]方孔式正方晶格光子晶体低折射率双补偿散射柱直角波导

说明书

本发明公开了一种方孔式正方晶格光子晶体低折射率双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，在所述光子晶体中移除一排和一列低折射率的第一介质柱以形成直角波导；在所述直角波导的两个拐弯处分别设置低折射率的第二、三介质柱；所述第二、三介质柱为补偿散射柱；所述第二、三介质补偿散射柱为低折射率介质柱或者空气孔；所述第一介质柱为低折射率方柱或者空气方孔。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波导，尤其是方孔式正方晶格光子晶体低折射率双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方孔式正方晶格光子晶体高折射率双补偿散射柱直角波导。

为实现以上目的，本发明是通过以下技术方案予以实现的。

本发明的方孔式正方晶格光子晶体低折射率双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，在所述光子晶体中移除一排和一列低折射率的第一介质柱以形成直角波导；在所述直角波导的两个拐弯处分别设置低折射率的第二、三介质柱；所述第二、三介质柱为补偿散射柱；所述第二、三介质补偿散射柱为低折射率介质柱或者空气孔；所述第一介质柱为低折射率方柱或者空气方孔。

所述第二、三介质补偿散射柱为等腰直角三角形低折射率柱或者空气孔、弓形低折射率柱或者空气孔、方低折射率柱或者空气孔、三角低折射率柱或者空气孔、多边形低折射率柱或者空气孔、或者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、三介质补偿散射柱分别为等腰直角三角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。

所述低折射率背景介质为空气。

所述直角波导为TM工作模式波导。

所述直角波导结构的面积大于或等于7a×7a，其中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.本发明的方孔式正方晶格光子晶体低折射率双补偿散射柱直角波导具有极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广阔的空间。