[发明专利]一种基于零维拓扑角态的光子晶体窄带滤波器

说明书

本发明提供一种基于零维拓扑角态的光子晶体窄带滤波器，包括第一晶胞周期性排列形成的第一光子晶体电介质平板、第二晶胞周期性排列形成的第二光子晶体电介质平板；在位于第一晶胞内的四个角落均设有第一空气孔；位于第二晶胞内的晶胞中心处设有第二空气孔；第一光子晶体电介质平板、第二光子晶体电介质平板的连接边界有两条，两条连接边界的交界处构成存在零维拓扑角态的拐角结构；第一光子晶体电介质平板与第二光子晶体电介质平板连接的一侧的部分第一空气孔填充光子晶体电介质形成光子晶体缺陷波导；由拐角结构处至光子晶体缺陷波导的长度为Lc；光子晶体缺陷波导向第一光子晶体电介质平板外延伸形成条形波导。

技术领域

本发明涉及微纳与集成光电子技术领域，更具体地，涉及一种基于零维拓扑角态的光子晶体窄带滤波器。

背景技术

光子晶体是指具有光子带隙特性的人造周期性电介质结构，且周期在亚波长尺度。光子晶体平板结构可以通过独特的光子能带结构调控光场，且其制备工艺与集成光子芯片兼容，是实现具有独特功能的片上集成微纳光子器件的有效方案。其中，利用光子晶体平板结构的点缺陷模式，可实现特定波长选择，用于设计光学滤波器件。

一般而言，传统的光子晶体窄带滤波器，主要通过破坏光子晶体周期性而形成局部缺陷，人为调控局部缺陷来控制局域模式，从而实现高性能的窄带滤波。这种局域化设计方法，虽然具有光局域能力强、调控灵活等特点，但也存在自由度较多、调节随意性较大、设计过程比较复杂等问题，且对制备准确度有较高要求，制约了其进一步发展。

拓扑角态是近年来新发现的物理特性。在光子晶体平板中，利用拓扑光子学这种新颖的全局化设计方法，可以方便地在非常窄的频率范围实现空间三个维度的光场能量均高度局域的零维拓扑角态，有效地克服传统光子晶体带来的设计复杂等问题。该模式具有较高的品质因子和较小的模式体积，能够设计新型的窄带滤波器，是一种全新的设计方法，有望为高密度光子集成芯片的实现及其在片上光通信器件应用方向开拓一种新思路和新范式。

发明内容

本发明为克服现有的光子晶体窄带滤波器对制备参数的高要求和设计方法复杂等问题，提出了一种基于零维拓扑角态的光子晶体窄带滤波器，其具有设计原理简单，设计思路新颖、模式体积小，受制备误差影响小等突出优点。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：一种基于零维拓扑角态的光子晶体窄带滤波器，所述的光子晶体窄带滤波器包括第一晶胞周期性排列形成的第一光子晶体电介质平板、第二晶胞周期性排列形成的第二光子晶体电介质平板；

所述的第一晶胞、第二晶胞均为正方晶格光子晶体；其中，在位于第一晶胞内的四个角落均设有第一空气孔；位于第二晶胞内的晶胞中心处设有第二空气孔；

所述的第一光子晶体电介质平板、第二光子晶体电介质平板的连接边界有两条，两条连接边界的交界处构成存在零维拓扑角态的拐角结构；

所述的第一光子晶体电介质平板与第二光子晶体电介质平板连接的一侧的部分第一空气孔填充光子晶体电介质形成光子晶体缺陷波导；由拐角结构处至光子晶体缺陷波导的距离为Lc；每条连接边界相应的形成一条光子晶体缺陷波导；

所述的光子晶体缺陷波导向第一光子晶体电介质平板外延伸形成条形波导，共形成两条条形波导。

优选地，所述的第一晶胞、第二晶胞的晶格常数相同，晶格常数a＝450nm。

进一步地，所述的第一晶胞内的第一空气孔、所述的第二晶胞内的第二空气孔均设置成正方形孔。

再进一步地，所述的第一晶胞内的第一空气孔的长度为0.3a，其二维扎克相位为(π,π)，即第一晶胞为非平庸拓扑相。

再进一步地，所述的第二晶胞内的第二空气孔的长度为0.6a，其二维扎克相位为(0,0)，即第二晶胞为平庸拓扑相。