[发明专利]一种非对称反射的微环光传输器件及其制备方法

说明书

本发明涉及一种非对称反射的微环光传输器件，包括衬底、设置在衬底上的微环、设置在衬底上的位于微环后侧的上传直波导，设置在衬底上的位于微环前侧的下载直波导，以及设置在衬底上的位于微环左侧/右侧的散射体。

技术领域

本发明涉及光通信应用与集成光电子器件领域，更具体地，涉及一种非对称反射的微环光传输器件及其制备方法。

背景技术

在光学中，隐形方面的研究已经持续了近一个世纪。光学隐形的概念要求光的单向透过性。隐形材料将空间分为两部分，分别为材料包裹的内部空间和外部空间。从外部空间入射到隐形材料上的光要求能无反射和散射的透过隐形材料，使得内部能够观察到外部的情况。而从内部空间发射到隐形材料上的光则要求发生强烈的反射和散射，使尽可能少的内部光透射到外部空间，被外部空间所观察到。这就要求打破光传输光程中透射和反射的洛伦茨互易性，实现光透射和反射的非对称性。

发明内容

本发明的发明目的在于提供一种微环光传输器件，其能够实现光传输的非对称反射，甚至实现光传输的单向无反射。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种非对称反射的微环光传输器件，包括衬底、设置在衬底上的微环、设置在衬底上的位于微环后侧的上传直波导，设置在衬底上的位于微环前侧的下载直波导，以及设置在衬底上的位于微环左侧/右侧的散射体。

根据非厄米量子力学，开放的量子系统其哈密顿量具有非厄米的特性，即哈密顿矩阵的非对角元非厄米共轭，如果非对角元为实数，则非厄米性表现为非对角元不相等。这种系统在特定的势能函数下，仍然具有全实的能量本征值。由于光学旁轴近似方程与薛定谔方程的相似性，可以用光学系统来模拟这种量子现象。在集成光子学系统中，与哈密顿量对应的反映系统光学变化过程的S矩阵中非对角元表征的是系统对不同方向入射光信号的反射率。在有增益或者损耗或者两者兼有的集成光子学系统中，在特定的折射率分布下，系统仍然具有全实的频谱，并且S矩阵具有非厄米性，因此系统对不同方向入射光信号的反射率是不相等的，即非对称的反射。

由微环和上传直波导、下载直波导构成的系统处于临界耦合状态时可以视为闭合系统，其S矩阵是厄米的，微环对于顺时针和逆时针两种对向传输的模式具有相同的反射率，且反射率在完美状态下为0。当在微环的外侧引入散射体时，散射体会明显地增加微环的损耗，此时系统具有非厄米性，调整散射体的参数可以使得微环对于顺时针和逆时针两种对向传输的模式具有不同的反射率，即非对称反射，在合适的散射体参数下可以实现单向无反射的光传输。

本发明提出的这种微环光传输器件能够实现光传输的非对称反射，打破了反射的互易性，实现了光学隐形的两大要求之一。此外，该结构对于集成光子学中控制光传输的方向具有重要的意义，它可以作为一种新型的利用非对称反射实现的非互易性器件，是集成光子学中隔离器、环形器等的可用方案。此外，由于结构极其简单，与COMS工艺兼容，所以器件容易集成，生产成本低，具有较大的市场潜力。

优选地，所述上传直波导、下载直波导与微环间的耦合处于或接近临界耦合状态。

优选地，微环的损耗应尽可能低，所述微环的侧壁应尽可能光滑。

优选地，所述散射体的尺寸在四分之一谐振波长到谐振波长之间。

优选地，上传直波导、下载直波导和微环的宽度和高度应当可以使90%以上的光场能量在波导中传输。

优选地，所述衬底的折射率低于微环、上传直波导、下载直波导、散射体的折射率。

优选地，所述衬底的材料为二氧化硅，微环、上传直波导、下载直波导、散射体的材料为氮化硅或硅。

同时，本发明还提供了一种以上器件的制备方法，其具体内容如下：

S1.在衬底上生长一定厚度的光波导层；