[发明专利]一种二维组合型光子晶体及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种二维组合型光子晶体及其应用，属于信息光学光子晶体的技术领域。

背景技术

1987年，Yablonovitch等人提出光子晶体概念，光子晶体是指具有光子带隙的周期性电介质结构，频率落在光子带隙中的光不能传播。近年来，除光子带隙特性之外，异常色散特性也逐渐引起了人们的关注，其中包括自准直特性。

在1999年，Kosaka等人在光子晶体中发现了自准直效应，不同于真实的光波导，即在不引入光子晶体线缺陷的情况下，对于某种晶格，特定频率的自准直光束可以无衍射地在光子晶体内部沿特定的方向传播。光子晶体内光线的传播方向由群速度的方向决定，而群速度的方向总垂直于等频线EFC。若特定频率的等频线为直线，光线将沿直线传播，形成虚波导。在一定入射角范围内，光线都可以耦合进入光子晶体形成自准直传输。2003年，yu等人通过实验，利用光子晶体的自准直特性，实现了光束90°的转向和分束，这证明了在不对光子晶体进行特殊处理的情况下，不引入点缺陷或线缺陷，处于自准直频率的光束可以沿特定的方向传播，就好像由真实的光波导控制的一样，也可达到控制光束传播的目的。这大大降低了光子器件的复杂度，对集成光路的设计具有重要意义。

但目前对于自准直光束传播方向的研究，大多只针对一种光子晶体，在自准直光子晶体内部引入一矩形空气缺陷后，出射光束相对于入射光束而言，传播方向大多只可以实现60°或90°的改变，导光角度的偏转情况较为单一。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明公开了一种二维组合型光子晶体；

本发明还公开了上述二维组合型光子晶体的应用；

本发明是基于光子晶体自准直特性提出了一种二维组合光子晶体，所述二维组合光子晶体将不同类型的光子晶体的自准直频率匹配起来。所述二维组合型光子晶体通过将三角晶格光子晶体及正方晶格光子晶体连接，对所述三角晶格光子晶体及所述正方晶格光子晶体的自准直频率进行相应匹配，在适当的位置引入矩形空气缺陷，沿自准直方向入射即可实现入射光束30°、60°、150°及210°的特殊角度的偏转，为光子晶体导光方向的研究提供了一种新的方式，更好地控制光的传播。

本发明的技术方案如下：

一种二维组合型光子晶体，包括上半部分光子晶体及下半部分光子晶体，所述上半部分光子晶体连接所述下半部分光子晶体，所述上半部分光子晶体为三角晶格光子晶体，所述三角晶格光子晶体包括平板状基部及在所述平板状基部上设置的按三角晶格周期性排布的原胞单元，所述下半部分光子晶体为正方晶格光子晶体，所述正方晶格光子晶体包括平板状基部及在所述平板状基部上设置的按正方晶格周期性排布的原胞单元，所述平板状基部的材质为硅介质，所述硅介质的折射率n为3.4，所述原胞单元为圆柱形介质柱，所述圆柱形介质柱为空气柱，所述三角晶格光子晶体晶格常数a为1，所述三角晶格光子晶体的空气柱横截面半径r为0.25a，所述正方晶格光子晶体晶格常数为0.6a，所述正方晶格光子晶体的空气柱横截面半径r为0.21a，在所述正方晶格光子晶体中，光束自准直传播方向ΓM沿水平方向即沿ΓX方向引入一矩形空气缺陷，所述光束自准直传播方向ΓM与所述正方晶格光子晶体中的等频线的形状垂直，在所述三角晶格光子晶体中，光束自准直传播方向ΓM沿竖直方向引入实现入射光束30°、60°、150°及210°偏转的另一矩形空气缺陷，所述光束自准直传播方向ΓM与所述三角晶格光子晶体中的等频线的形状垂直。

上述推导过程如下：

设定所述三角晶格光子晶体晶格常数为a₁，所述三角晶格光子晶体的空气柱横截面半径r为0.25a₁。

所述三角晶格光子晶体的自准直频率f为0.3c/a₁，所述c为自由空间的光速。

使用TE偏振的光源，利用平面波展开法研究其等频线分布，发现TE模第二能带在频率f＝0.3c/a₁时，等频线的形状垂直于ΓM方向接近于直线，说明这个频率的入射光束在垂直于等频线沿ΓM方向入射时，光束自准直传播，则f＝0.3c/a₁为所述三角晶格光子晶体的自准直频率。

设定所述正方晶格光子晶体晶格常数为a₂，所述正方晶格光子晶体的空气柱横截面半径r为0.35a₂。

所述正方晶格光子晶体的自准直频率f为0.18c/a₂，所述c为自由空间的光速。