CN101923226A - 基于自准直效应的光子晶体偏振分束器结构 - Google Patents
基于自准直效应的光子晶体偏振分束器结构 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101923226A CN101923226A CN2009100873435A CN200910087343A CN101923226A CN 101923226 A CN101923226 A CN 101923226A CN 2009100873435 A CN2009100873435 A CN 2009100873435A CN 200910087343 A CN200910087343 A CN 200910087343A CN 101923226 A CN101923226 A CN 101923226A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- photonic crystal
- mould
- auto
- beam splitter
- polarization beam
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于自准直效应的光子晶体偏振分束器结构，该光子晶体偏振分束器结构是在二维介质基板中打孔形成正三角晶格结构，并用填充介质填充孔形成光子晶体自准直结构，其中对沿着电磁波入射方向的由部分正三角晶格结构形成四边形的光子晶体自准直结构进行变动，形成光子晶体分束结构。利用本发明，避免了引入线缺陷在工艺精度上的要求，能有效地限制光子晶体中传输光波的空间展宽，使其无衍射的准直传播，从而在两个偏振态都是传输模的情况下实现分束。
Description
技术领域
本发明涉及电磁波偏振分束器技术领域，尤其涉及一种基于自准直效应的光子晶体偏振分束器结构。
背景技术
光子晶体是一种介电常数呈周期性分布的人工电介质结构。偏振分束器是把电磁波相互正交的两种模式分开的器件。电磁波在光子晶体中传播时，可分解为电场垂直于波传播方向的横电波TE波和磁场方向垂直于波传播方向的横磁波TM波。
自准直效应是近年来在光子晶体中发现的新特性。它可以使光束克服衍射发散效应直线传播，而且具有低成本、高集成度的工艺优势，在光互连、光集成等方面具有广阔的应用前景。与传统的线缺陷光子晶体波导相比，自准直效应具有明显的优势。首先，自准直模处在导带中，因而具有更大的群速度，传播速度更快；其次，与基于缺陷模的光子晶体器件相比，基于自准直效应的光学器件对工艺精度要求不高，因而更适于工艺实现，因此，自准直效应的工艺优势对制造高集成度、低成本的集成光路具有重要的实用价值。
基于自准直效应的光子晶体偏振分束器能有效地限制光子晶体中传输光波的空间展宽，使其无衍射的准直传播，在不引入介质波导、线缺陷或非线性材料时使两个偏振态都在传输模的情况下实现分离。
发明内容
(一)要解决的技术问题
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种基于自准直效应的光子晶体偏振分束器结构，以在不引入缺陷或非线性材料的情况下，实现TE模和TM模的分离。
(二)技术方案
为达到上述目的，本发明提供了一种基于自准直效应的光子晶体偏振分束器结构，该光子晶体偏振分束器结构是在二维介质基板中打孔形成正三角晶格结构，并用填充介质填充孔形成光子晶体自准直结构，其中对沿着电磁波入射方向的由部分正三角晶格结构形成四边形的光子晶体自准直结构进行变动，且晶格周期不变，形成光子晶体分束结构。
上述方案中，光子晶体自准直结构与偏振无关，用作虚拟波导能够同时传导TE模和TM模。光子晶体分束结构用于TE模和TM模的分离。光子晶体分束结构的介质基板的介电常数、填充介质的介电常数及填充比与光子晶体自准直结构相应的介质基板的介电常数、填充介质的介电常数及填充比可不同。
上述方案中，所述二维介质基板的介电常数与所述填充介质的介电常数不相等，二者比值越大越容易获得光子带隙。
上述方案中，所述光子晶体自准直结构的填充比与所述光子晶体分束结构的填充比不同。
上述方案中，所述填充介质具有多个相同的单元，且该单元为任意规则的形状。
上述方案中，所述电磁波以自准直频率入射。
上述方案中，所述自准直频率由所述光子晶体自准直结构的介电常数、晶格周期和填充比确定。
上述方案中，所述光子晶体分束结构具有TE模的光子带隙频率，且该TE模的光子带隙频率范围覆盖自准直频率，且不是所述光子晶体分束结构TM模的光子带隙频率范围。
上述方案中，所述光子晶体分束结构TE模的光子带隙频率和所述光子晶体分束结构TM模的光子带隙频率依赖于偏振分束结构的介电常数、晶格周期和填充比。
上述方案中，所述光子晶体分束结构不能传播TE模，只能传播TM模。
上述方案中，所述TE模在光子晶体自准直结构和光子晶体分束结构的分界面反射，所述TM模在光子晶体自准直结构和光子晶体分束结构的分界面透射。
(三)有益效果
本发明提供的基于自准直效应的光子晶体偏振分束器结构，在不引入缺陷或非线性材料的情况下，两个偏振态在传输模的情况下实现了分离，避免了引入线缺陷在工艺精度上的要求，能有效地限制光子晶体中传输光波的空间展宽，使其无衍射的准直传播，从而在两个偏振态都是传输模的情况下实现分束。
附图说明
图1为本发明提供的基于自准直效应的光子晶体偏振分束器结构的示意图；
图2为依照本发明实施例提供的基于自准直效应的光子晶体偏振分束器结构的TE模和TM模分离图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
如图1所示，图1是本发明提供的基于自准直效应的光子晶体偏振分束器结构的示意图。该光子晶体偏振分束器结构是在二维介质基板中打孔形成正三角晶格结构，并用填充介质填充孔形成光子晶体自准直结构，其中对沿着电磁波入射方向的由部分正三角晶格结构形成四边形的光子晶体自准直结构进行变动，形成光子晶体分束结构。
光子晶体自准直结构与偏振无关，用作虚拟波导能够同时传导TE模和TM模。光子晶体分束结构用于TE模和TM模的分离。光子晶体分束结构的介质基板的介电常数、填充介质的介电常数及填充比与光子晶体自准直结构相应的介质基板的介电常数、填充介质的介电常数及填充比可不同。
本发明提供的基于自准直效应的光子晶体偏振分束器结构，是在二维介质基板中填充一种填充介质，即在介质基板上引入正三角晶格的填充介质，其中，介质基板和填充介质为任意介质且介质基板和填充介质的介电常数比值要大，所述填充介质的单元为任意规则的形状。
沿着电磁波的入射方向，所述基于自准直效应的光子晶体偏振分束器结构由用作虚拟波导能够同时传导TE模和TM模与偏振无关的光子晶体自准直结构和用于TE模和TM模的分离的光子晶体分束结构组成。其中，分束结构的填充比(填充面积与介质基板面积之比)与自准直结构的填充比不同。
电磁波以自准直频率入射。其中，自准直频率由光子晶体自准直结构的介电常数、晶格周期和填充比确定。光子晶体分束结构的TE模的光子带隙频率范围覆盖自准直频率，且不是光子晶体分束结构TM的光子带隙频率范围。光子晶体分束结构TE模的光子带隙频率和光子晶体分束结构TM的光子带隙频率依赖于偏振分束结构的介电常数(可与自准直结构的不同)、晶格周期和填充比。
光子晶体分束结构不能传播TE模，只能传播TM模。TE模在自准直结构和分束结构的分界面反射，TM模透射。TE模和TM模在光子晶体自准直结构内准直传播。电磁波继续向前传播，当电磁波入射至光子晶体自准直结构和光子晶体分束结构的分界面时，TE模由于处于光子晶体分束结构的光子带隙频率范围内而不能传播反射，TM模不在光子晶体分束结构的光子带隙频率范围内，继续向前传播。这样TE模和TM分离。
下面以具体实施例详细说明本发明方法的实现过程及原理。再次参照图1，在二维硅基平板上引入空气方孔形成正三角晶格结构，光子晶体自准直结构的空气方孔边长为b，d为晶格常数，在自准直结构引入分束结构，光子晶体分束结构的空气方孔边长为b’，其中，b和d的取值确定自准直频率f的取值。b’的取值决定了光子晶体分束结构的TE模的光子带隙频率范围是否覆盖自准直频率，且不是光子晶体分束结构TM的光子带隙频率范围。电磁波以自准直频率f入射至光子晶体，TE模和TM模在自准直结构准直传播，当电磁波以30°角入射至光子晶体自准直结构和光子晶体分束结构的分界面时，由于分束结构填充比的改变，TE模表现为光子带隙不能传播，从而以30°角反射，TM模受仍然表现为导带，保持原先的方向穿过分束结构向前传播，如图2所示通过这样一种光子晶体结构，实现了TE模和TM模的分离，分离角度为120。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种基于自准直效应的光子晶体偏振分束器结构，其特征在于，该光子晶体偏振分束器结构是在二维介质基板中打孔形成正三角晶格结构，并用填充介质填充孔形成光子晶体自准直结构，其中对沿着电磁波入射方向的由部分正三角晶格结构形成四边形的光子晶体自准直结构进行变动，且晶格周期不变，形成光子晶体分束结构。
2.根据权利要求1所述的基于自准直效应的光子晶体偏振分束器结构，其特征在于，所述光子晶体自准直结构与偏振无关，用作虚拟波导能够同时传导TE模和TM模；所述光子晶体分束结构用于TE模和TM模的分离。
3.根据权利要求1所述的基于自准直效应的光子晶体偏振分束器结构，其特征在于，所述二维介质基板的介电常数与所述填充介质的介电常数不相等，二者比值越大越容易获得光子带隙。
4.根据权利要求1所述的基于自准直效应的光子晶体偏振分束器结构，其特征在于，所述光子晶体自准直结构的填充比与所述光子晶体分束结构的填充比不同。
5.根据权利要求1所述的基于自准直效应的光子晶体偏振分束器结构，其特征在于，所述填充介质具有多个相同的单元，且该单元为任意规则的形状。
6.根据权利要求1所述的基于自准直效应的光子晶体偏振分束器结构，其特征在于，所述电磁波以自准直频率入射。
7.根据权利要求6所述的基于自准直效应的光子晶体偏振分束器结构，其特征在于，所述自准直频率由所述光子晶体自准直结构的介电常数、晶格周期和填充比确定。
8.根据权利要求1所述的基于自准直效应的光子晶体偏振分束器结构，其特征在于，所述光子晶体分束结构具有TE模的光子带隙频率，且该TE模的光子带隙频率范围覆盖自准直频率，且不是所述光子晶体分束结构TM模的光子带隙频率范围。
9.根据权利要求8所述的基于自准直效应的光子晶体偏振分束器结构，其特征在于，所述光子晶体分束结构TE模的光子带隙频率和所述光子晶体分束结构TM模的光子带隙频率依赖于偏振分束结构的介电常数、晶格周期和填充比。
10.根据权利要求1所述的基于自准直效应的光子晶体偏振分束器结构，其特征在于，所述光子晶体分束结构不能传播TE模，只能传播TM模。
11.根据权利要求1所述的基于自准直效应的光子晶体偏振分束器结构，其特征在于，所述TE模在光子晶体自准直结构和光子晶体分束结构的分界面反射，所述TM模在光子晶体自准直结构和光子晶体分束结构的分界面透射。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2009100873435A CN101923226A (zh) | 2009-06-17 | 2009-06-17 | 基于自准直效应的光子晶体偏振分束器结构 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2009100873435A CN101923226A (zh) | 2009-06-17 | 2009-06-17 | 基于自准直效应的光子晶体偏振分束器结构 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101923226A true CN101923226A (zh) | 2010-12-22 |
Family
ID=43338246
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN2009100873435A Pending CN101923226A (zh) | 2009-06-17 | 2009-06-17 | 基于自准直效应的光子晶体偏振分束器结构 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN101923226A (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013104307A1 (zh) * | 2012-01-13 | 2013-07-18 | 深圳大学 | 光子晶体波导te-偏振分离器 |
| CN103675993A (zh) * | 2013-12-31 | 2014-03-26 | 中国科学院半导体研究所 | 基于光子晶体自准直效应的可集成光量子行走器件 |
| CN110031937A (zh) * | 2019-05-08 | 2019-07-19 | 南京邮电大学 | 基于自准直效应的光子晶体1×2偏振无关选路开关 |
-
2009
- 2009-06-17 CN CN2009100873435A patent/CN101923226A/zh active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013104307A1 (zh) * | 2012-01-13 | 2013-07-18 | 深圳大学 | 光子晶体波导te-偏振分离器 |
| CN103675993A (zh) * | 2013-12-31 | 2014-03-26 | 中国科学院半导体研究所 | 基于光子晶体自准直效应的可集成光量子行走器件 |
| CN103675993B (zh) * | 2013-12-31 | 2016-02-24 | 中国科学院半导体研究所 | 基于光子晶体自准直效应的可集成光量子行走器件 |
| CN110031937A (zh) * | 2019-05-08 | 2019-07-19 | 南京邮电大学 | 基于自准直效应的光子晶体1×2偏振无关选路开关 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Wang et al. | Topological one-way large-area waveguide states in magnetic photonic crystals | |
| US9207400B2 (en) | T-shape polarization beam splitter based on photonic crystal waveguide | |
| US9164232B2 (en) | TE- polarization splitter based on photonic crystal waveguide | |
| CN101561531B (zh) | 光子晶体t形功率分配器 | |
| US9971227B2 (en) | TM optical switch based on slab photonic crystals with high degree of polarization and large extinction ratio | |
| US9880444B2 (en) | TM optical switch with high extinction ratio based on slab photonic crystals | |
| US9885939B2 (en) | TE optical switch based on slab photonic crystals with high degree of polarization and large extinction ratio | |
| US9904010B2 (en) | Polarization independent optical switch with high extinction ratio based on slab photonic crystals | |
| US10095082B2 (en) | TE optical switch with high extinction ratio based on slab photonic crystals | |
| US20160370541A1 (en) | Cross-shaped infrared polarized light bridge based on photonic crystal waveguide | |
| CN101923226A (zh) | 基于自准直效应的光子晶体偏振分束器结构 | |
| CN114488356B (zh) | 一种紧凑型微波拓扑分束器 | |
| CN102738592B (zh) | 一种实现电磁波偏折的超材料 | |
| US9329338B2 (en) | Full-polarization-state power distributor with integer ratio of power distribution based on photonic crystal waveguide | |
| CN102650713B (zh) | 光子晶体波导tm-偏振分离器 | |
| US9395493B2 (en) | 3D polarization beam splitter based on 2D photonic crystal slab | |
| CN104252019B (zh) | 一种二维组合型光子晶体及其应用 | |
| CN102800990B (zh) | 一种极化分波装置 | |
| US20170108644A1 (en) | Right-angle waveguide based on square-cylinder-type square-lattice photonic crystal and dual compensation scattering cylinders with high refractive index | |
| US9170375B2 (en) | TM-polarization splitter based on photonic crystal waveguide | |
| Chen et al. | Experimental observation of robust surface states on photonic crystals possessing single and double Weyl points | |
| US20170108647A1 (en) | Right-angle waveguide based on square-hole-type square-lattice photonic crystal and dual compensation scattering cylinders with low refractive index | |
| US9709736B2 (en) | Right-angle waveguide based on square-cylinder-type square-lattice photonic crystal and single compensation scattering cylinder with high refractive index | |
| Li et al. | Quasi‐TEM Rectangular Waveguides with Frequency Selective Surface Walls: Part I–Electrical Properties and Geometrical Characteristics | |
| Clausen et al. | The effect of truncation of periodic structures on NRW material parameter extraction |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20101222 |