[发明专利]基于平板光子晶体的高消光比偏振无关光开关

说明书

技术领域

本发明涉及一种高消光比偏振无关光开关，特别涉及一种基于平板光子晶体绝对禁带的宽带的高消光比偏振无关光开关。

背景技术

近年来，随着信息时代的到来，通信技术的速度和信息量急剧增大。光通信技术给信息化时代插上了翅膀，但目前在节点和路由的信息处理依旧需要电路实现，这在速度、容量和功率消耗方面制约了通讯技术的发展。采用光子集成光路代替或部分代替集成电路实现通信路由势必成为未来的发展方向。

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。

因为绝对禁带中的电磁场模式是完全不能存在的，所以当电子能带与光子晶体绝对禁带重叠时，自发辐射被抑制。拥有绝对禁带的光子晶体可以通过控制自发辐射，从而改变场与物质的相互作用以及提高光学器件的性能。

可调光子晶体带隙可以应用于信息通讯，显示和储存。可以利用外部驱动源进行高速调制带隙变化，这方面已经有很多方案提出，诸如：利用铁磁性材料可以控制磁导率、利用铁电性材料可以控制介电常数等。

目前的光开关多数利用非线性效应来实现，而非线性效应需要使用高功率的控制光，这势必消耗大量的能量，在系统的集成度高，通信用户数量庞大时，该能量消耗将变得非常巨大。同时，偏振度的高低将影响信噪比和传输速率。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种便于集成的平板光子晶体的高消光比偏振无关光开关。

本发明的目的是通过下列技术方案予以实现。

本发明的平板光子晶体的高消光比偏振无关光开关包括上下两层平板光子晶体相连而成的一个整体；所述上平板光子晶体为具有一个第一平板正方晶格光子晶体，所述第一平板正方晶格光子晶体的元胞由高折射率旋转正方形杆、单个第一平板介质杆和背景介质组成，所述第一平板介质杆沿水平方向布置，所述第一平板介质杆使整个上平板光子晶体成为一个整体，所述第一平板介质杆由高折射率介质套管和套管内的低折射率介质组成，或者由一块高折射率平板薄膜组成，或者由一块低折射率介质组成；所述下平板光子晶体为一个具有完全禁带的第二正方晶格光子晶体，所述第二正方晶格光子晶体的元胞由高折射率旋转正方形杆、单个第二平板介质杆和背景介质组成，所述第二平板介质杆沿水平方向布置，所述第二平板介质杆使整个下平板光子晶体形成一个整体，所述第二平板介质杆为高折射率介质杆；所述背景介质为低折射率介质；所述高消光比偏振无关光开关的归一化频率(a/λ)为0.41～0.4167。

所述第一和第二平板光子晶体中的高折射率旋转正方形杆的边长分别为0.5455～0.554a，其旋转角度为22.3°～23°和67°～67.6°，所述第一和第二平板光子晶体的第一、第二平板介质杆的宽度分别为0.076～0.079a。

所述第一和第二平板光子晶体中的第一和二平板介质杆分别距离旋转正方形杆中心0.2a。

所述第一平板光子晶体元胞内的第一介质杆中的套管厚度为0～-0.004a；所述套管内的低折射率介质的宽度为所述第一平板介质杆的宽度与所述套管的厚度相减。

所述高折射率介质为硅、砷化镓、二氧化钛或者折射率大于2的介质；所述低折射率介质为真空、空气、冰晶石、二氧化硅、有机泡沫、橄榄油或者折射率小于1.5的介质。

所述偏振无关光开关，第一平板光子晶体位于光路中，第二平板光子晶体位于光路外为一种开关状态，第二平板光子晶体位于光路中，第一平板光子晶体位于光路外为另一种开关状态。所述第一平板光子晶体位于光路中,第二平板光子晶体位于光路外为光路连通状态，第二平板光子晶体位于光路中，第一平板光子晶体位于光路外为光路断开状态。

所述偏振无关开关的归一化工作频率(a/λ)范围为0.41～0.4167，TE偏振的消光比为-21dB至-31dB，TM偏振的消光比为-41dB至-50dB。

所述第一平板光子晶体和第二平板光子晶体在光路中的位置通过外力调节，所述外力包括机械力、电力和磁力。

本发明与现有技术相比,具有如下积极效果。

1.光开关是集成光路中必不可缺少的元器件，对于网络的高速运行是非常重要的，大带宽，低能量损耗，高偏振度、高消光比是衡量开关的重要参数。

2.通过调节第一平板(上平板)和第二平板(下平板)光子晶体在光路中的位置的变化来实现光开关功能。

3.本发明结构实现了高消光比偏振无关光开关，从而实现了高消光比的光开关功能。