CN104101947B - 基于光子晶体波导的超高效紧凑t字型环行器 - Google Patents

基于光子晶体波导的超高效紧凑t字型环行器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于光子晶体波导的超高效紧凑T字型环行器，它包括一个具有三个端口的T字型光子晶体波导，所述T字型波导中心放置一个方形磁光介质杆，所述位于交叉波导中心的四个拐角处，分别设置四个方形介质杆切角成为直角边与背景方形介质杆边长相同的等腰直角三角形以形成拐角介质杆；所述拐角介质杆与其对应格点位置的左边重合或不重合；所述环行器的插入损耗为0.02dB～1dB，其两端口隔离度大于14dB。本发明结构体积小，集成度高，电磁波传输效率高，便于集成而且高效环行，可广泛应用于微波、太赫兹和光通信波段。

Description

基于光子晶体波导的超高效紧凑T字型环行器
技术领域
本发明涉及三端口T字型环行器领域,尤其涉及一种基于光子晶体技术的T字型环行器。
背景技术
近年来，随着光子晶体理论的提出，光子晶体波导被认为是可以高效传输电磁波的一种媒质。因此，光子晶体波导理论为探索高效率的微波集成电路和集成光路开拓了新的领域。在微波集成电路和集成光路中，各个组件之间不可避免地会产生各种回波干扰而影响整个系统的功能。因此，将这些干扰最小化将是优化整个系统的首要任务。
自从电磁学诞生以来，环行器以它独特的功能被广泛使用。如当做隔离器使用时，可以通过屏蔽来自输出端的信号而使信号只能在一个方向上传播；而在雷达技术中，环行器可以将信号从发射器环行到天线、再从天线环行到接收器，而实现双工器的功能；在反射放大器中，环行器作为非互易器件可以将放大的输出信号与输入端分离。
基于铁氧体或其它磁光介质的光子晶体波导环行器是一种非互易器件，它可以使波沿单一方向环行传播，而反向传播的波将被导入到另一波导。尽管目前已经设计出来的基于光子晶体波导的环行器相对于传统的磁光环行器来说，体积小了许多而且具有更好的性能，然而大部分设计都使用了多根磁光介质柱或耦合介质柱，因而结构还是相对复杂并且带宽相对较窄。
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光子晶体波导的超高效紧凑T字型环行器。
本发明的目的通过下述技术方案予以实现。
本发明的一种基于光子晶体波导的超高效紧凑T字型环行器，包括一个具有三个端口的T字型光子晶体波导，所述T字型波导中心放置一个方形磁光介质杆，所述位于交叉波导中心的四个拐角处，分别设置四个方形介质杆切角成为直角边与背景方形介质杆边长相同的等腰直角三角形以形成拐角介质杆；所述拐角介质杆与其对应格点位置的左边重合或不重合；所述环行器的插入损耗为0.02dB～1dB，其两端口隔离度大于14dB。
所述光子晶体由高折射率介质杆在低折射率介质背景中周期排列而成，或由低折射率介质杆在高折射率介质背景中排列而成。
所述高折射率介质材料为硅、砷化镓、二氧化钛、氮化硅等折射率大于2的介质，低折射率介质材料为空气、真空、二氧化硅、冰晶石、橄榄油或折射率小于1.6的介质。
所述光子晶体波导的任意输入端输入的波沿顺时针或逆时针环行到相邻的输出波导端口。
所述磁光介质杆为铁氧体或磁光介质材料。
所述磁光介质杆的横截面为方形、矩形、圆形、椭圆形、环行、五边形、六边形、任意多边形、任意闭合曲线形状。
所述四个拐角介质杆的横截面为三角形、半圆形、半椭圆形、半多边形、或由一直边和曲线形成的闭合图形。
所述交叉波导的背景介质柱的横截面为三角形、圆形、半圆形、椭圆型、半椭圆形、多边形、或闭合曲线形状。
所述高折射率介质材料为硅，所述低折射率介质材料为空气，所述光子晶体由硅在空气背景周期排列而成，所述光子晶体中的硅介质柱半径为0.3a，归一化频率为0.4121、分离因子为0.7792、磁光介质柱边长为0.2817a、拐角介质柱中心距为1.2997a，所述环行器的插入损耗为0.02dB，其中a为光子晶体的晶格常数，分离因子为磁光介质的相对磁导率张量的第1行第2个量的绝对值与第1行第1个元素的值的比值，归一化频率为ωa/2πc，ω为圆频率，c为真空中光速；所述高折射率介质材料为硅，所述低折射率介质材料为空气，所述光子晶体由硅在空气背景周期排列而成，所述光子晶体中的硅介质柱半径为0.3006a～0.3045a，归一化频率为(0.4103～0.4138)、分离因子为(0.7712～0.7906)、磁光介质柱边长为(0.2801a～0.2815a)、拐角介质柱中心距为(1.3224a～1.3365a)或(1.2807a～1.3122a)，所述环行器的插入损耗小于0.05dB；所述环行器的高折射率介质材料为硅，所述低折射率介质材料为空气，所述光子晶体由硅在空气背景周期排列而成，所述光子晶体中的硅介质柱半径为0.28a～0.3344a，归一化频率为(0.4073～0.4160)、分离因子为(0.7634～0.8056)、磁光介质柱边长为(0.2745a～0.2863a)、拐角介质柱中心距为(1.2488a～1.3852a)，所述环行器的插入损耗小于0.2dB；所述环行器的高折射率介质材料为硅，所述低折射率介质材料为空气，所述光子晶体由硅在空气背景周期排列而成，所述光子晶体中的硅介质柱半径为0.2693a～0.3671a，归一化频率为(0.4043～0.4192)、分离因子为(0.7558～0.8208)、磁光介质柱边长为(0.2686a～0.2885a)、拐角介质柱中心距为(1.2304a～1.4764a)，所述环行器的插入损耗小于0.5dB；所述高折射率介质材料为硅，所述低折射率介质材料为空气，所述光子晶体由硅在空气背景周期排列而成，所述光子晶体中的硅介质柱半径为0.2642a～0.3818a，归一化频率为(0.4016～0.4235)、分离因子为(0.7473～0.8316)、磁光介质柱边长为(0.2639a～0.2922a)、拐角介质柱中心距为(1.2162a～1.6971a)，所述环行器的插入损耗小于1dB。
本发明的基于光子晶体波导的超高效紧凑T字型环行器可广泛应用于微波、太赫兹和光通信波段。它与现有技术相比，具有如下积极效果。
(1)结构体积小，集成度高，电磁波传输效率高，适合大规模集成；
(2)本发明通过在光子晶体波导内设置一个铁氧体杆或其它磁光介质杆可以在短程实现信号的环行，便于集成而且高效；
(3)本发明中外加磁场的方向控制波的环行方向，通过改变外加磁场的方向，电磁波环行方向在沿顺时针和逆时针方向之间切换；
(4)本发明在输出端口具有极低的插入损耗，而在隔离端口具有非常高的隔离度；
(5)本发明方案通过分别改变晶格常数等结构尺寸和折射率等，就能用于实现不同波段的电磁波环行器。
附图说明
图1为本发明基于光子晶体波导的超高效紧凑T字型环行器的结构示意图及采用的坐标系。
图2为本发明的方形介质柱光子晶体的优化最大光子带隙对应的TE带结构图。
图3为本发明中的线缺陷光子晶体(即光子晶体波导)的带结构图，在禁带中间存在一个传导模。图3中所标的线性色散区间，是通过条件dω/dk<(dω/dk的峰值的20％)来选取的。
图4(a)为本发明的铁氧体杆在无偏置磁场情况下，即铁氧体杆未磁化情况下的奇模谐振模场分布的强度等色度二维图，其中各点的颜色代表各点的电场强度。
图4(b)为本发明的铁氧体杆未磁化情况下的偶模谐振模场分布的强度等色度二维图，其中各点的颜色代表各点的电场强度。
图5(a)为本发明的铁氧体杆在有偏置磁场情况下，即铁氧体杆被磁化情况下的谐振模场分布的强度等色度二维图，其中各点的颜色代表各点的电场强度。
图5(b)为图5(a)中心区域的放大图。
图5(c)为图5(a)对应的强度等高等色度三维图，其中各点的颜色代表各点的电场强度，各点的高度显示各点的电场强度。
图6为本发明的铁氧体杆被磁化情况下的谐振模场能流分布图。
图6(a)为能流分布的强度等色度二维图，其中各点的颜色代表各点的能流强度值。
图6(b)为能流场分布的强度等高等色度三维图，其中各点的颜色代表各点的能流强度值，各点的高度表示各点的能流强度。
图7为本发明的T字型环行器中心区域的结构示意图。
图8(a)、图8(b)、图8(c)为波分别从本发明的T字型环行器的三个端口输入时的其它两个端口的传输系数和隔离度随频率变化的特性，图中只给出了插入损耗为在0.2dB以下的频率区间内的特性。
图9(a)、图9(c)、图9(e)为波分别从本发明的T字型环行器的三个端口输入时的的电场分布的强度等色度二维图，其中各点的颜色代表各点的电场强度。
图9(b)、图9(d)、图9(f)为波分别从本发明的T字型环行器的三个端口输入时的的电场分布的强度等高等色度三维图，其中各点的颜色对应各点的电场强度，各点的高度表示各点的电场强度。
图10(a)为一个结构实施例，其中圆柱形背景介质柱拐角施加四个三角柱。
图10(b)为一个结构实施例，其中圆柱形背景介质柱拐角施加四个半圆形柱。
图10(c)为一个结构实施例，其中六角形背景介质柱拐角施加四个半六角形柱。
图10(d)为一个结构实施例，其中六角形背景介质柱拐角施加四个三角形柱。
图10(e)为一个结构实施例，其中六角形背景介质柱拐角施加四个半圆形柱。
具体实施方式
如图1所示，本发明的基于光子晶体波导的超高效紧凑T字型环行器包括一个具有三个端口的T字型光子晶体波导，在一个T字交叉的光子晶体波导中心位置放置一个方形磁光介质杆或称之为波导缺陷，磁光介质杆采用铁氧体或磁光介质材料，磁光介质杆的横截面采用方形、矩形、圆形、椭圆形、环行、五边形、六边形、任意多边形、任意闭合曲线形状；同时在T字交叉波导中心的四个角落分别设置四个拐角杆，将四个方形介质杆切角成为直角边与其他方形杆边长相同的等腰直角三角形以形成拐角介质杆，四个拐角介质杆的横截面为三角形、半圆形、半椭圆形、半多边形、或由一直边和曲线形成的闭合图形，拐角介质杆与其对应格点位置的左边重合或不重合；交叉波导的背景介质柱的横截面为三角形、圆形、半圆形、椭圆型、半椭圆形、多边形、或闭合曲线形状；光子晶体由高折射率介质和低折射率介质交替排列布置而成，光子晶体由高折射率介质杆在低折射率介质背景中排列形成的结构和由低折射率介质杆在高折射率介质背景中排列形成的结构；所述高折射率介质材料为硅、砷化镓、二氧化钛、氮化硅等折射率大于2的介质，低折射率介质材料为空气、真空、二氧化硅、冰晶石、橄榄油或折射率小于1.6的介质。所述光子晶体波导的任意输入端输入的波沿顺时针或逆时针环行到相邻的输出波导端口。
如图1中所示，从端口1(P1)端口入射的电磁波信号将被高效低耗地环行到端口2(P2)端口中去；同样，P2至端口3(P3)、P3至端口P1都可以实现同样的环行效果。本说明中的坐标系如图1中所示。
首先，我们选择以正方晶格分布的方形介质杆阵列作为背景光子晶体。其中a为晶格常数，高折射率介质杆的材质采用硅(Silicon)，其在微波波段的折射率采用3.4，低折射率介质材料为空气。通过有限元方法(Finite Element Method，缩写为FEM)方法并计算光子晶体的光子带结构图。以介质杆边长为自变量，对光子带结构图所扫描计算，得到在背景介质柱边长为sb＝0.3a的情况下，具有相对禁带比为36％，对应的光子带结构图如图2所示。
在光子晶体中去掉一行介质杆即得到光子晶体波导。通过FEM计算波导的特征函数，可以得到线缺陷光子晶体(即光子晶体波导)的投射带结构图，在禁带中间存在一个传导模，如图3所示。
为了最小化群速色散对传输信号的失真的影响，同时为了使波导中的群速度足够大，再考虑到要尽可能提高光子晶体对波导模的限制作用，波导模位于光子禁带区内，选取图3中所标的线性色散区对应的频率区间为工作频率范围。该线性区间是通过取dω/dk的峰值的20％)来确定的。该此线性区间对应的归一化频率范围为：
f＝(2πc)-1ωa＝a/λ＝0.3759～0.4518 (1)
在本说明书以下阐述的实施过程中，工作频率多在此频率范围内。
如图1中所示，本发明中的铁氧体或其它磁光介质按z轴方向偏置，即外加磁场的方向平行于z轴。在此情况下，相对磁导率可以写成张量形式：
其中p为归一化磁化率或分离因子：
伴随κ/μ的增加，根据偏置磁场方向的不同，会产生两个不同的谐振频率ωn +和ωn -，其中一个是沿顺时针方向ejnφ传播，一个是按逆时针方向e-jnφ传播，这也是p被称作分离因子的原因。
对于具有磁光介质的空间，麦克斯韦方程组可以表示为：
由式(4)-(7)可以得到如下方程：
其中k2＝ω2ε0μ0ε(μ2-κ2)/μ＝ω2ε0μ0εμe为有效波数的平方。对于铁氧体磁光介质，ε＝12.9是铁氧体材料的相对介电常数，μe＝μ(1-p2)是有效相对磁导率，ε0和μ0分别为真空中的介电常数和磁导率。
对于外加磁场为0的情况，铁氧体没有被磁化，即外加磁场为0，此时κ＝0，μe＝μ，通过使用FEM法计算式(8)中的场，得到本发明中的波导缺陷杆铁氧体杆及其附近的谐振模式图，如图4中所示的波导缺陷杆铁氧体杆及其附近的谐振模式图，即铁氧体处于非磁化状态下的两个谐振模式。其中图4(a)和图4(b)分别是奇模和偶模。
对应系统中引入外加偏置磁场的情况，磁导率变为公式(2)所述的张量形式，铁氧体处于磁化状态，可以观察到明显的旋磁效应，波导缺陷杆处原来的谐振奇模和谐振偶模变为涡旋谐振模。取分裂系数p为0.77，得到图5(a)所示有外加磁场的波导缺陷杆铁氧体杆及其附近的谐振模式图，即涡旋谐振模式。图5(b)是图5(a)的中心区的放大图，它给出了涡旋模式的精细结构图。图5(c)为图5(a)对应的等高等色度三维图，可以看到中心点两侧附近各存在一个正峰点和一个负峰点。而在中心点处，场的值为0。
根据电场可以计算出坡印廷矢量或能流分布：
其中Ez为ρ和是幅值与相位，*号为复数共轭符号。由式9可以计算出能流分布图，如图6(a)、(b)所示。由于涡旋场中心点的电场为0，其能流密度也为0。
本发明在中心区域的结构分布如图7所示，边长为sb方形介质柱(亦称之为介质杆)以晶格常数a为周期均匀分布于整个器件的背景中，并通过删除一行和一列介质柱而形成互相垂直的T字型波导，波导的宽度为：(2a-sb)。同时，对位于交叉中心四个角落处的方形杆进行切角操作，使其成为如图7中所示的直角边长仍为sb的等腰直角三角形。这四个三角形相对于交叉波导中心点的距离为dc，通过调节该距离能优化光在拐弯处的传输效果。
位于波导中心处的方形铁氧体或其它磁光介质的边长用sm表示。
插入损耗和隔离度是考察一个环行器性能的重要指标，其定义如下：
其中Pin,Pout和Piso分别是输入端口、输出端口和隔离端口处的均时功率流。设定范围为方程(1)的频率f为自变量，来考察上述插入损耗与隔离度。
由于在中心区域的电磁波耦合效应是非常复杂的，因此引入Nelder-Mead优化方法来实现优化设计。在优化计算中，设置优化目标函数为G＝Piso/Pout.该函数与归一化频率f、分离因子为p、磁光介质柱边长为sm、拐角介质柱中心距为dc有关。
由于本发明的目的是获得一个高性能的三端口环行器，因此一般将插入损耗为0.2dB的频率区间为工作区间，图8(a)、图8(b)、图8(c)为通过优化计算得出的波分别从本发明的T字型环行器的三个端口输入时的其它两个端口的传输系数和隔离度在该频率区间内随频率变化的特性，图中只给出了插入损耗为在0.2dB以下的频率区间内的特性，可以观察到所有的隔离度都大于14dB。另外，当工作频率为0.4121，在P1、P2、P3端口分别输入电磁波信号的三种情况下，P2、P3、P1输出端口均可以获得一个插入损耗为0.02dB的输出电磁波，而该三种情况下对应的隔离端口P3、P1、P2的隔离度最大值分别为48dB、46dB、46dB。
采用光子晶体介质柱半径为0.3a、归一化频率为0.4121、分离因子为0.7792、磁光介质柱边长为0.2817a、拐角介质柱中心距为1.2997a，可得到如图9中所描述的结果。图9是本发明基于光子晶体波导的超高效紧凑T字型环行器，当工作频率为0.4121时的电场分布图。从强度等色度二维图9(a)、(c)、(e)中可以观察到，从P1、P2、P3入射的电磁波电场几乎无损耗地环行到P2、P3、P1端口；图9(b)、(d)、(f)分别是(a)、(c)、(e)对应的强度等高等色度三维显示图，其中各点的高对应各点的电场强度值，各点的颜色代表各点的电场强度值。
从图9(a)中可以观察到，从P1入射的电磁波电场几乎没有任何损耗地环行到P2端口；从图9(b)中可以观察到，由于电磁波被高效地环行，能流自然而然非常好地被环行到P2端口。因此，整个器件可以实现如图10所示的效果。即本发明是一种基于光子晶体波导的超高效紧凑T字型环行器。
实施方案1：
采用光子晶体介质柱半径为0.3a、归一化频率为0.4121、分离因子为0.7792、磁光介质柱边长为0.2817a、拐角介质柱中心距为1.2997a，所述环行器的插入损耗为0.02dB。
实施方案2：
采用光子晶体介质柱半径为0.3a、分离因子为0.7792、磁光介质柱边长为0.2817a、拐角介质柱中心距为1.2997a，归一化频率分别为0.4103、0.4073、0.4043和0.4016，则环行器的插损分别为0.05dB、0.2dB、0.5dB和1dB。
实施方案3：
采用归一化频率为0.4121、光子晶体介质柱半径为0.3a、磁光介质柱边长为0.2817a、拐角介质柱中心距为1.2997a，分离因子分别为0.7712、0.76340.7558和0.7473，则环行器的插损分别为0.05dB、0.2dB、0.5dB和1dB。
实施方案4：
采用归一化频率为0.4121、光子晶体介质柱半径为0.3a、分离因子为0.7792、拐角介质柱中心距为1.2997a，磁光介质柱边长分别为0.2801a、0.2745a、0.2686a和0.2639a，则环行器的插损分别为0.05dB、0.2dB、0.5dB和1dB。
实施方案5：
采用归一化频率为0.4121、光子晶体介质柱半径为0.3a、分离因子为0.7792、磁光介质柱边长为0.2817a，拐角介质柱中心距dc分别为1.3224a、1.2488a、1.2304a和1.2162a，则环行器的插损分别为0.05dB、0.2dB、0.5dB和1dB。
实施方案6：
通过在不同形状介质柱构成的光子晶体波导的四个角落处施加形状不同、目的相同的介质柱，都能实现与之前实例相同的环行功能。图10为本发明基于光子晶体波导的超高效紧凑T字型环行器的5个结构实施例；如图10(a)所示，在圆柱形介质柱构成的光子晶体中形成T字型波导，在该波导中心设置方形磁光介质柱，在波导中心四个角的介质杆为等腰直角三角形杆；通过控制如上述实例所述的工作频率f,分离因子p，铁氧体或其它磁光介质边长sm，四个拐角三角柱中心距离dc来实现高性能环行的功能。根据考察与上述参数相关的插入损耗曲线，来设定如0.05dB、0.2dB、0.5dB、1dB等不同的工作区间。
实施方案7：
如图10(b)所示，在圆柱形介质柱构成的光子晶体中形成T字型波导，在该波导中心设置方形磁光介质柱，在波导中心四个角的介质杆为半圆形杆；通过控制如上述实例所述的工作频率f,分离因子p，铁氧体或其它磁光介质边长sm，四个拐角半圆柱中心距离dc来实现高性能环行的功能。根据考察与上述参数相关的插入损耗曲线，来设定如0.05dB、0.2dB、0.5dB、1dB等不同的工作区间。
实施方案8：
如图10(c)所示，在正六边形介质柱构成的光子晶体中形成T字型波导，在该波导中心设置方形磁光介质柱，在波导中心四个角的介质杆为梯形杆；，通过控制如上述实例所述的工作频率f,分离因子p，铁氧体或其它磁光介质边长sm，四个拐角半六角形柱中心距离dc来实现高性能环行的功能。根据考察与上述参数相关的插入损耗曲线，来设定如0.05dB、0.2dB、0.5dB、1dB等不同的工作区间。
实施方案9：
如图10(d)所示，在正六边形介质柱构成的光子晶体中形成T字型波导，在该波导中心设置方形磁光介质柱，在波导中心四个角的介质杆为等腰直角三角形杆；通过控制如上述实例所述的工作频率f,分离因子p，铁氧体或其它磁光介质边长sm，四个拐角三角形柱中心距离dc来实现高性能环行的功能。根据考察与上述参数相关的插入损耗曲线，来设定如0.05dB、0.2dB、0.5dB、1dB等不同的工作区间。
实施方案10：
如图10(e)所示，在正六边形介质柱构成的光子晶体中形成T字型波导，在该波导中心设置方形磁光介质柱，在波导中心四个角的介质杆为半圆形杆；通过控制如上述实例所述的工作频率f,分离因子p，铁氧体或其它磁光介质边长sm，四个拐角半圆形柱中心距离dc来实现高性能环行的功能。根据考察与上述参数相关的插入损耗曲线，来设定如0.05dB、0.2dB、0.5dB、1dB等不同的工作区间。
由于本发明所提供的配置方法是基于归一化频率的，因此对于不同的波段，可以通过公式
来设计在相应的频率下符合要求的光子晶体波导的超高效紧凑T字型环行器。
以上所述本发明在具体实施方式及应用范围均有改进之处，不应当理解为对本发明限制。

Claims (13)

1.一种基于光子晶体波导的超高效紧凑T字型环行器，其特征在于：其包括一个具有三个端口的T字型光子晶体波导，T字型波导中心放置一个方形磁光介质杆；位于交叉波导中心的四个拐角处，分别设置四个方形介质杆切角成为直角边与背景方形介质杆边长相同的等腰直角三角形以形成拐角介质杆；所述拐角介质杆的左边与其对应未切角方形介质杆的左边重合或不重合；所述光子晶体中的硅介质柱半径为0.3a，归一化频率为0.4121、分离因子为0.7792、磁光介质杆边长为0.2817a、拐角介质杆中心距为1.2997a，所述环行器的插入损耗为0.02dB，其两端口隔离度大于14dB，其中a为光子晶体的晶格常数，分离因子为磁光介质的磁导率张量的第1行第2个量的绝对值与第1行第1个量的值的比值，归一化频率为ωa/2πc，ω为圆频率，c为真空中光速。
2.一种基于光子晶体波导的超高效紧凑T字型环行器，其特征在于：其包括一个具有三个端口的T字型光子晶体波导，T字型波导中心放置一个方形磁光介质杆；位于交叉波导中心的四个拐角处，分别设置四个方形介质杆切角成为直角边与背景方形介质杆边长相同的等腰直角三角形以形成拐角介质杆；所述拐角介质杆的左边与其对应未切角方形介质杆的左边重合或不重合；所述光子晶体中的硅介质柱半径为0.3006a～0.3045a，归一化频率为0.4103～0.4138、分离因子为0.7712～0.7906、磁光介质杆边长为0.2801a～0.2815a、拐角介质杆中心距为1.3224a～1.3365a或1.2807a～1.3122a，所述环行器的插入损耗为大于等于0.02dB，小于0.05dB，其两端口隔离度大于14dB，其中a为光子晶体的晶格常数，分离因子为磁光介质的磁导率张量的第1行第2个量的绝对值与第1行第1个量的值的比值，归一化频率为ωa/2πc，ω为圆频率，c为真空中光速。
3.一种基于光子晶体波导的超高效紧凑T字型环行器，其特征在于：其包括一个具有三个端口的T字型光子晶体波导，T字型波导中心放置一个方形磁光介质杆；位于交叉波导中心的四个拐角处，分别设置四个方形介质杆切角成为直角边与背景方形介质杆边长相同的等腰直角三角形以形成拐角介质杆；所述拐角介质杆的左边与其对应未切角方形介质杆的左边重合或不重合；所述光子晶体中的硅介质柱半径为0.28a～0.3344a，归一化频率为0.4073～0.4160、分离因子为0.7634～0.8056、磁光介质杆边长为0.2745a～0.2863a、拐角介质杆中心距为1.2488a～1.3852a，所述环行器的插入损耗小于0.2dB，其两端口隔离度大于14dB，其中a为光子晶体的晶格常数，分离因子为磁光介质的磁导率张量的第1行第2个量的绝对值与第1行第1个量的值的比值，归一化频率为ωa/2πc，ω为圆频率，c为真空中光速。
4.按照权利要求1至3中的任一项所述的基于光子晶体波导的超高效紧凑T字型环行器，其特征在于：所述光子晶体由高折射率介质杆在低折射率介质背景中周期排列而成，或由低折射率介质杆在高折射率介质背景中周期排列而成。
5.按照权利要求4所述的基于光子晶体波导的超高效紧凑T字型环行器，其特征在于：所述高折射率介质材料为折射率大于2的介质。
6.按照权利要求4所述的基于光子晶体波导的超高效紧凑T字型环行器，其特征在于：所述高折射率介质材料为硅、砷化镓、二氧化碳或者氮化硅。
7.按照权利要求4所述的基于光子晶体波导的超高效紧凑T字型环行器，其特征在于：所述低折射率介质材料为折射率小于1.6的介质。
8.按照权利要求4所述的基于光子晶体波导的超高效紧凑T字型环行器，其特征在于：所述低折射率介质材料为空气、真空、二氧化硅、冰晶石或者橄榄油。
9.按照权利要求1至3中的任一项所述的基于光子晶体波导的超高效紧凑T字型环行器，其特征在于：所述光子晶体波导的任意输入端输入的波沿顺时针或逆时针环行到相邻的输出波导端口。
10.按照权利要求1至3中的任一项所述的基于光子晶体波导的超高效紧凑T字型环行器，其特征在于：所述磁光介质杆为磁光介质材料。
11.按照权利要求1至3中的任一项所述的基于光子晶体波导的超高效紧凑T字型环行器，其特征在于：所述磁光介质杆为铁氧体。
12.按照权利要求6或8所述的基于光子晶体波导的超高效紧凑T字型环行器，其特征在于：所述高折射率介质材料为硅，所述低折射率介质材料为空气。
13.按照权利要求6或8所述的基于光子晶体波导的超高效紧凑T字型环行器，其特征在于：所述光子晶体由硅在空气背景周期排列而成。
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