[发明专利]基于光子晶体波导的T字型光子晶体环行器

说明书

技术领域

本发明实施例涉及环行器技术，尤其涉及一种基于光子晶体波导的T字型光子晶体环行器。

背景技术

环行器是一种实现电磁波信号单向环行的三端口、四端口或多端口微波铁氧体器件，利用环行器可实现微波网络的双工、去耦、保护和匹配等功能。在雷达天馈系统中典型的应用是在发射——天线——接收系统中起匹配、环行、双工的作用。

光子晶体是一种介电常数在空间周期排列的新型材料，能够实现对光的控制与操作。光子晶体环行器便于小型化和集成化，可适应未来太赫兹或全光集成通信系统的发展需求。

现有技术中，光子晶体环行器主要有空气孔阵列和介质柱阵列两种设计方向。现有基于空气孔阵列方案的光子晶体环行器的隔离度和插入损耗等性能参数较差，有待提高。现有的介质柱阵列方案的光子晶体环行器相比于空气孔阵列方案，仅能单一改善其隔离度或插入损耗。

发明内容

本发明实施例提供一种基于光子晶体波导的T字型光子晶体环行器，以实现环行器的高隔离度和低插入损耗。

本发明实施例提供了一种基于光子晶体波导的T字型光子晶体环行器，包括：

一个T字型光子晶体波导，所述T字型光子晶体波导中心设置有一个第一磁光介质柱，所述T字型光子晶体波导的两个拐角处分别设置有第二磁光介质柱，所述第一磁光介质柱的形状和所述第二磁光介质柱的形状相同，以及所述第一磁光介质柱的横截面积大于所述第二磁光介质柱的横截面积。

可选的，采用正方晶格介质柱阵列周期性排列于空气中以构成光子晶体。

可选的，所述正方晶格介质柱阵列的介质柱的组成材料为氧化铝陶瓷。

可选的，所述第一磁光介质柱、所述第二磁光介质柱、以及所述正方晶格介质柱的形状均为圆柱。

可选的，所述正方晶格介质柱阵列的介质柱的半径为r₀，所述第一磁光介质柱的半径为1.1r₀～2.5r₀，所述第二磁光介质柱的半径为1r₀～1.1r₀。

可选的，所述第一磁光介质柱的半径为2.35r₀，所述第二磁光介质柱的半径为r₀。

可选的，所述第一磁光介质柱与所述第二磁光介质柱的组成材料均为镍-锌铁氧体。

可选的，所述镍-锌铁氧体的介电常数为12.9。

可选的，所述T字型光子晶体波导具有三个端口，以及所述T字型光子晶体波导的任意一个端口输入的电磁波正向顺序导通并通过下一个端口输出。

可选的，所述T字型光子晶体环行器工作在3cm波长的X波段。

可选的，所述环行器的任意两个端口在中心频率处的隔离度小于或等于-20dB，所述环行器在中心频率处的插入损耗大于或等于-0.081dB。

本发明实施例通过在T字型光子晶体波导中心及两个拐角处分别设置第一磁光介质柱和第二磁光介质柱，且第一磁光介质柱的形状和第二磁光介质柱的形状相同，第一磁光介质柱的横截面积大于第二磁光介质柱的横截面积，第一磁光介质柱与第二磁光介质柱都为旋磁材料，在外加恒定磁场的作用下具有旋磁特性，使在T字型光子晶体波导传输的电磁波产生法拉第旋转效应，其中第一磁光介质柱既作谐振腔，又提供法拉第旋转，第二磁光介质柱未设置在波导中，既用来增强法拉第旋转效应，又能减少波导中的磁光介质以降低插入损耗，形成一种隔离度更高、插入损耗更小的便于集成的T字型光子晶体环行器。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的基于光子晶体波导的T字型光子晶体环行器结构示意图；

图2是本发明实施例二提供的基于光子晶体波导的T字型光子晶体环行器结构示意图及采用的坐标系；

图3是本发明实施例二提供的基于光子晶体波导的T字型光子晶体环行器功能模拟示意图；

图4是本发明实施例二提供的基于光子晶体波导的T字型光子晶体环行器功能模拟外部特性示意图；

图5是本发明实施例二提供的基于光子晶体波导的T字型光子晶体环行器结构示意图；

图6是本发明实施例二提供的基于光子晶体波导的T字型光子晶体环行器外部特性测量结果示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一