[发明专利]一种基于完全禁带型光子晶体波导的X形交叉偏振光桥

说明书

技术领域

本发明属于微小光学偏振光桥领域，尤其涉及一种基于完全禁带型光子晶体波导的X形交叉偏振光桥。

背景技术

传统的光桥及偏振光桥应用的大多是几何光学原理，缺点比较明显：体积都比较大，无法用于光路集成。而以光子晶体为基础，可以制作体积小且便于光路集成的器件，包括偏振光桥。架设偏振光桥的光子晶体导波一般通过对具有完全禁带的光子晶体引入缺陷来构建。在偏振光控制与分离技术角度，一般通过两种方法实现：一种是利用一块具有TE禁带和TM导带或TM禁带和TE导带的光子晶体来实现波的偏振分离。另一种是通过长程耦合波导，即自映像效应，利用波导之间周期性耦合和奇偶态变化的方法把不同偏振态的光波耦合到不同的波导。但是通过这两种方法设计出的常规偏振器件，并不能应用其特性来设计偏振光桥，即一种可以在波导结点位置允许不同偏振态的光信号交叉导通而不相互影响的器件。另外，上述的光子晶体波导虽然其体积比传统的偏振器件小，但是功能单一，而且体积还是不够小，从而不利于大规模光路的集成。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中的不足，提供一种结构体积小、偏振度高、工作波长范围宽、信号保真度高、电磁波传输效率高，适合应用于大规模光路集成并可实现光路交换移位的基于完全禁带型光子晶体波导的X形交叉偏振光桥。

本发明是这样实现的，一种基于完全禁带型光子晶体波导的X形交叉偏振光桥，所述X形交叉偏振光桥包括:沿第一方向平行设置的TE输入波导和TM输入波导；沿第一方向平行设置的TE输出波导和TM输出波导；所述TE输入波导与TE输出波导之间具有第一连接光桥，第一连接光桥内设有方形缺陷介质柱；TE输入波导、第一连接光桥、TE输出波导形成TE通道；所述TM输入波导与TM输出波导之间具有第二连接光桥，第二连接光桥内设有圆形缺陷介质柱；TM输入波导、第二连接光桥、TM输出波导形成TM通道；所述第一连接光桥与第二连接光桥垂直相交，且在交叉位置上TE波与TM波互不干扰。

进一步地，所述第一连接光桥内设置有若干组在所述交叉位置两侧对称分布的方形缺陷介质柱，所述第二连接光桥内设置有若干组在所述交叉位置两侧对称分布的圆形缺陷介质柱，每组方形缺陷介质柱由若干个方形缺陷介质柱组成，每组圆形缺陷介质柱由若干个圆形缺陷介质柱组成。

进一步地，所述的光子晶体波导为二维光子晶体波导，包括蜂窝结构二维光子晶体波导或孔状三角晶格二维光子晶体波导或各种非规则形状二维光子晶体波导。

进一步地，所述光子晶体波导中布设有背景介质柱，所述的TE通道和TM通道为在光子晶体中移除相应排数的介质柱后形成。

进一步地，所述光子晶体波导的平面垂直于所述的光子晶体中的背景介质柱的轴线。

进一步地，所述的背景介质柱、方形缺陷介质柱、圆形缺陷介质柱的e光折射率大于o光折射率，且所述的方形缺陷介质柱的光轴平行于光子晶体波导平面并与波的传播方向正交。

进一步地，所述的圆形缺陷介质柱的光轴与背景介质柱的光轴方向一致。

进一步地，所述的背景介质柱由碲介质柱阵列形成。

本发明与现有技术相比，有益效果在于：本发明提供的由光子晶体波导构成的X形交叉偏振光桥，一方面较传统光桥而言，波导结构具有体积小，传输效率高，结构简单，易于级联(即适合于大规模光路的集成)的优势，并且，由于光子晶体的光子局域和光子带隙特性，光波在传输过程中具有非常低的损耗，也使得本结构具有非常宽的稳定工作带宽；另一方面，由各向异性材料构成的缺陷介质柱，因为具有不同的e光折射率和o光折射率，使其对不同偏振形式的光波具有不同的反射和透射系数，因此可获得非常理想的偏振度和隔离度，从而使本发明所提出的结构具有非常高的信号保真度和光传输效率。本发明在短程通过四个点缺陷就可以实现偏振光波定向导通的功能，便于集成而且高效。另外，平行输入的TE波和TM波经X形交叉偏振光桥后，TE波和TM波交换上下位置，平行输出，实现了TE波和TM波的光路交换移位功能。本发明原理在不考虑色散或色散可以忽略的情况下，可以应用光子晶体可等比例缩放的特性，通过等比例改变晶格常数的方法，实现不同波长的偏振光桥功能。

附图说明

图1是本发明实施例提供的使用Tellurium材料制作的基于完全禁带型光子晶体波导的X形交叉偏振光桥结构示意图及参数分布图。

图2是本发明实施例提供的基于完全禁带型光子晶体波导的X形交叉偏振光桥的各通道在禁带频率范围内的消光比、偏振度、插入损耗。