CN104459989B - 基于平板光子晶体的高消光比te光开关 - Google Patents

基于平板光子晶体的高消光比te光开关 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于平板光子晶体的高消光比TE光开关，它包括上下两层平板光子晶体相连的一个整体；上平板光子晶体为一个完全禁带的第一平板正方晶格光子晶体，第一平板正方晶格光子晶体的元胞由高折射率旋转正方形柱杆、3个第一平板介质杆和背景介质组成，第一平板介质杆由高折射率介质套管和套管内的低折射率介质组成，或者由1至3块高折射率平板薄膜组成，或者由1块低折射率介质组成；下平板光子晶体为一个完全禁带的第二正方晶格光子晶体，第二正方晶格光子晶体的元胞由高折射率旋转正方形杆、3个高折射率第二平板介质杆和背景介质为低折射率介质组成，TE光开关的频率为0.4057～0.406、本发明结构实现了高消光比TE光开关。

Description

基于平板光子晶体的高消光比TE光开关
技术领域
本发明涉及一种高消光比TE光开关，特别涉及一种基于平板光子晶体绝对禁带的宽带的高消光比TE光开关。
背景技术
近年来，随着信息时代的到来，通信技术的速度和信息量急剧增大。光通信技术给信息化时代插上了翅膀，但目前在节点和路由的信息处理依旧需要电路实现，这在速度、容量和功率消耗方面制约了通讯技术的发展。采用光子集成光路代替或部分代替集成电路实现通信路由势必成为未来的发展方向。
光子晶体是一种介电材料在空间中呈周期性排列的物质结构，通常由两种或两种以上具有不同介电常数材料构成的人工晶体。
因为绝对禁带中的电磁场模式是完全不能存在的，所以当电子能带与光子晶体绝对禁带重叠时，自发辐射被抑制。拥有绝对禁带的光子晶体可以通过控制自发辐射，从而改变场与物质的相互作用以及提高光学器件的性能。
可调光子晶体带隙可以应用于信息通讯，显示和储存。可以利用外部驱动源进行高速调制带隙变化，这方面已经有很多方案提出，诸如：利用铁磁性材料可以控制磁导率、利用铁电性材料可以控制介电常数等。
目前的光开关多数利用非线性效应来实现，而非线性效应需要使用高功率的控制光，这势必消耗大量的能量，在系统的集成度高，通信用户数量庞大时，该能量消耗将变得非常巨大。同时，偏振度的高低将影响信噪比和传输速率。
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平板光子晶体高消光比TE光开关。
本发明的目的是这样实现的：
本发明的平板光子晶体的高消光比TE光开关包括上下两层平板光子晶体相连而成的一个整体，上平板光子晶体为一个第一平板正方晶格光子晶体，第一平板正方晶格光子晶体的元胞由高折射率旋转正方形杆、3个第一平板介质杆和背景介质组成，第一平板介质杆沿水平方向布置，第一平板介质杆使整个上平板光子晶体成为一个整体，第一平板介质杆由高折射率介质套管和套管内的低折射率介质组成，或者由1至3块高折射率平板薄膜组成，或者由1块低折射率介质组成；所述下平板光子晶体为一个具有完全禁带的第二正方晶格光子晶体，第二正方晶格光子晶体的元胞由高折射率旋转正方形杆、3个第二平板介质杆和背景介质组成，第二平板介质杆沿水平方向布置，第二平板介质杆以整个下平板光子晶体形成一个整体，第二平板介质杆为高折射率介质杆，所述背景介质为低折射率介质。所述TE光开关的归一化工作频率为0.4057～0.406、0.4267～0.4329或者0.44～0.479，其中a为第一平板正方晶格光子晶体和第二正方晶格光子晶体的晶格常数,λ为入射波波长。
所述第一平板正方晶格光子晶体元胞内的第一平板介质杆中的套管厚度为0～0.009a，其中a为第一平板正方晶格光子晶体的晶格常数；所述套管内的低折射率介质的宽度为所述第一平板介质杆的宽度与所述套管的厚度相减。
所述第一平板正方晶格光子晶体的第一平板介质杆中的一个位于旋转正方形杆中心的水平中部，其余两个分别与位于水平中部的第一平板介质杆平行，且左右相距0.25a，其中a为第一平板正方晶格光子晶体的晶格常数；所述第二正方晶格光子晶体的第二平板介质杆中的一个位于旋转正方形杆中心的水平中部，其余两个分别与水平中部的第二平板介质杆平行，且左右相距0.25a,其中a为第二正方晶格光子晶体的晶格常数。
所述第一平板正方晶格光子晶体的高折射率旋转正方形杆的边长为0.545a～0.564a，其中a为第一平板正方晶格光子晶体的晶格常数；所述第二正方晶格光子晶体的高折射率旋转正方形杆的边长为0.545a～0.564a，其中a为第二正方晶格光子晶体的晶格常数；所述第一平板正方晶格光子晶体和第二正方晶格光子晶体的旋转角度均分别为0°～90°；所述第一平板正方晶格光子晶体元胞内的第一平板介质杆的宽度为0.029a～0.034a，其中a为第一平板正方晶格光子晶体的晶格常数；所述第二正方晶格光子晶体元胞内的第二平板介质杆的宽度为0.029a～0.034a，其中a为第二正方晶格光子晶体的晶格常数。
所述高折射率介质为折射率大于2的介质。
所述高折射率介质为硅、砷化镓或者二氧化钛。
所述低折射率介质为折射率小于1.5的介质。
所述低折射率介质为空气、冰晶石、二氧化硅、有机泡沫或者橄榄油。
所述高消光比TE光开关，第一平板正方晶格光子晶体位于光路中，第二正方晶格光子晶体位于光路外为一种开关状态；第二正方晶格光子晶体位于光路中，第一平板正方晶格光子晶体位于光路外为另一种开关状态。
所述高消光比TE光开关的归一化工作频率范围a/λ为0.4057～0.406，其中a为第一平板正方晶格光子晶体和第二正方晶格光子晶体的晶格常数,λ为入射波波长，消光比为-14dB～-15dB；所述第一平板正方晶格光子晶体位于光路中，第二正方晶格光子晶体位于光路外的状况为光路连通状态；第二正方晶格光子晶体位于光路中，第一平板正方晶格光子晶体位于光路外为光路断开状态。
所述高消光比TE光开关的归一化工作频率范围a/λ为0.4267～0.4329，其中a为第一平板正方晶格光子晶体和第二正方晶格光子晶体的晶格常数,λ为入射波波长，消光比为-32～-35dB；所述第二正方晶格光子晶体位于光路中，第一平板正方晶格光子晶体位于光路外为光路连通状态；第一平板正方晶格光子晶体位于光路中，第二正方晶格光子晶体位于光路外为光路断开状态。
所述高消光比TE光开关的归一化工作频范围a/λ为0.44～0.479，其中a为第一平板正方晶格光子晶体和第二正方晶格光子晶体的晶格常数,λ为入射波波长，消光比为-20dB～-40dB，所述第二正方晶格光子晶体位于光路中，第一平板正方晶格光子晶体位于光路外为光路连通状态；第一平板正方晶格光子晶体位于光路中，第二正方晶格光子晶体位于光路外为光路断开状态。
所述第一平板正方晶格光子晶体和第二正方晶格光子晶体在光路中的位置通过外力调节，所述外力包括机械力、电力和磁力。
本发明与现有技术相比,具有如下积极效果。
1.光开关是集成光路中必不可少的元器件，对于网络的高速运行是非常重要的，大带宽，低能量损耗，高偏振度、高消光比是衡量开关的重要参数。
2.通过调节第一平板正方晶格光子晶体(上平板)和第二正方晶格光子晶体(下平板)光子晶体在光路中的位置的变化来实现光开关功能。
3.本发明结构实现了高消光比TE光开关，从而实现了高消光比的光开关功能。
4.便于集成的平板光子晶体具有高消光比的TE光开关。
附图说明
图1(a)是本发明TE光开关第一平板正方晶格光子晶体的元胞结构示意图。
图1(b)是本发明TE光开关第二正方晶格光子晶体的元胞结构示意图。
图2(a)是本发明基于平板光子晶体的高消光比TE光开关第一种实施方式的结构示意图。
图2(b)是本发明基于平板光子晶体的高消光比TE光开关第二种实施方式的结构示意图。
图2(c)是本发明基于平板光子晶体的高消光比TE光开关第三种实施方式的结构示意图。
图3是实施例1所示第二正方晶格光子晶体的光子带结构图。
图4是实施例1所示第一平板正方晶格光子晶体的光子带结构图。
图5是实施例2所示第二正方晶格光子晶体的光子带结构图。
图6是实施例2所示第一平板正方晶格光子晶体的光子带结构图。
图7是实施例3所示归一化频率(a/λ)为0.4057的开关光场分布图。
图8是实施例4所示归一化频率(a/λ)为0.4058的开关光场分布图。
图9是实施例5所示归一化频率(a/λ)为0.406的开关光场分布图。
图10是实施例6所示归一化频率(a/λ)为0.4267的开关光场分布图。
图11是实施例7所示归一化频率(a/λ)为0.4315的开关光场分布图。
图12是实施例8所示归一化频率(a/λ)为0.4329的开关光场分布图。
图13是实施例所示中归一化频率(a/λ)为0.44的开关光场分布图。
图14是实施例10所示归一化频率(a/λ)为0.4435的开关光场分布图。
图15是实施例11所示归一化频率(a/λ)为0.452的开关光场分布图。
图16是实施例12所示归一化频率(a/λ)为0.456的开关光场分布图。
图17是实施例13所示归一化频率(a/λ)为0.479的开关光场分布图。
具体实施方式
本发明基于平板光子晶体的高消光比TE光开关，如图1(a)所示，平板光子晶体高消光比TE光开关，包括连成一个整体的上下两层平板光子晶体；上平板光子晶体为一个第一平板正方晶格光子晶体，第一平板正方晶格光子晶体的元胞由高折射率旋转正方形杆、3个第一平板介质杆和背景介质组成，第一平板介质杆沿水平方向布置，第一平板介质杆使整个上平板光子晶体成为一个整体，第一平板介质杆由高折射率介质套管和套管内的低折射率介质组成，或者由1至3块高折射率平板薄膜组成，或者由1块低折射率介质组成，低折射率介质为空气、冰晶石、二氧化硅、有机泡沫、橄榄油或者折射率小于1.5的介质。如图1(b)所示，下平板光子晶体为一个具有完全禁带的第二正方晶格光子晶体，第二正方晶格光子晶体的元胞由高折射率旋转正方形杆、3个第二平板介质杆和背景介质组成，第二平板介质杆沿水平方向布置，第二平板介质杆使整个下平板光子晶体成为一个整体，第二平板介质杆为高折射率介质杆，高折射率介质为硅，砷化镓，二氧化钛或者折射率大于2的介质，背景介质为低折射率介质。高消光比TE光开关的归一化工作频率(a/λ)为0.4057～0.406、0.4267～0.4329、或者0.44～0.479，其中a为第一平板正方晶格光子晶体和第二正方晶格光子晶体的晶格常数,λ为入射波波长，此频率范围为第一平板正方晶格光子晶体的TE传输带且为第二正方晶格光子晶体的TE禁带，或者为第二正方晶格光子晶体的TE传输带且为第一平板正方晶格光子晶体的TE禁带。
高消光比TE光开关的归一化工作频率(a/λ)为0.4057～0.406，其中a为第一平板正方晶格光子晶体和第二正方晶格光子晶体的晶格常数,λ为入射波波长，消光比为-14dB～-15dB，第一平板正方晶格光子晶体位于光路中，第二正方晶格光子晶体位于光路外为TE光开关的第一开关状态，即光路连通状态；第二正方晶格光子晶体位于光路中，第一平板正方晶格光子晶体位于光路外为TE光开关的第二开关状态，即光路断开状态；第二正方晶格光子晶体位于光路中，第一平板正方晶格光子晶体位于光路外为光路连通状态；第一平板正方晶格光子晶体位于光路中，第二正方晶格光子晶体位于光路外为光路断开状态。
所述TE光开关的归一化工作频率范围(a/λ)为0.4267～0.4329，其中a为第一平板正方晶格光子晶体和第二正方晶格光子晶体的晶格常数,λ为入射波波长，消光比为-32dB～-35dB，所述第二正方晶格光子晶体位于光路中，第一平板正方晶格光子晶体位于光路外为光路连通状态；第一平板正方晶格光子晶体位于光路中，第二正方晶格光子晶体位于光路外为光路断开状态。
高消光TE光开关的归一化工作频率(a/λ)为0.44～0.479，其中a为第一平板正方晶格光子晶体和第二正方晶格光子晶体的晶格常数,λ为入射波波长，消光比达到-20dB～-40dB，第二正方晶格光子晶体位于光路中，第一平板正方晶格光子晶体位于光路外为光路连通状态；第一平板正方晶格光子晶体位于光路中，第二正方晶格光子晶体位于光路外为光路断开状态。开关的消光比是指开关两种状态下的输出光功率的比值。
本发明的一种实施方式的结构，包括连成一个整体的上下两层平板光子晶体，如图2(a)所示,图中省略了光子晶体中的旋转正方柱，虚线框为旋转正方形柱阵列所在的位置，上平板光子晶体为一个第一平板正方晶格光子晶体，第一平板正方晶格光子晶体的元胞由高折射率旋转正方形杆、3个第一平板介质杆和背景介质组成，第一平板介质杆沿水平方向布置，第一平板正方晶格光子晶体的第一平板介质杆中的一个位于旋转正方形杆中心的水平中部，其余两个分别与水平中部的第一平板介质杆平行，且左右相距0.25a，其中a为第一平板正方晶格光子晶体的晶格常数；第一平板介质杆使整个上平板光子晶体成为一个整体，第一平板介质杆由高折射率套管和套管内的低折射率介质组成，第一平板正方晶格光子晶体元胞内的第一平板介质杆中的套管厚度为0～0.009a,其中a为第一平板正方晶格光子晶体的晶格常数；套管内的低折射率介质的宽度为第一平板介质杆的宽度与套管的厚度相减。下平板光子晶体为一个具有完全禁带的第二正方晶格光子晶体，第二正方晶格光子晶体的元胞由高折射率旋转正方形杆、3个第二平板介质杆和背景介质组成，第二平板介质杆沿水平方向布置，第二平板介质杆使整个下平板光子晶体成为一个整体，第二正方晶格光子晶体的第二平板介质杆中的一个位于旋转正方形杆中心的水平中部，其余两个分别与位于水平中部的第二平板介质杆平行，且左右相距0.25a，其中a为第二正方晶格光子晶体的晶格常数,第一平板正方晶格光子晶体中的高折射率旋转正方形杆的边长为0.545a～0.564a，其中a为第一平板正方晶格光子晶体的晶格常数,第二正方晶格光子晶体中的高折射率旋转正方形杆的边长为0.545a～0.564a，其中a为第二正方晶格光子晶体的晶格常数；第一平板正方晶格光子晶体光子晶体元胞内的第一和第二正方晶格光子晶体旋转角度均分别为0°～90°；第一平板正方晶格光子晶体元胞内的第一平板介质杆的宽度为0.029a～0.034a，其中a为第一平板正方晶格光子晶体的晶格常数，第二正方晶格光子晶体元胞内的第二平板介质杆的宽度为0.029a～0.034a，其中a为第二正方晶格光子晶体的晶格常数；第二平板介质杆为高折射率介质杆，高折射率介质为硅、砷化镓、二氧化钛或者折射率大于2的介质，高折射率介质采用硅材料；背景介质为低折射率介质，低折射率介质为空气、冰晶石、二氧化硅、有机泡沫、橄榄油或者折射率小于1.5的介质，高消光比TE光开关的归一化工作频率范围(a/λ)为0.4057～0.406，其中a为第一平板正方晶格光子晶体和第二正方晶格光子晶体的晶格常数,λ为入射波波长，此频率范围为第一平板正方晶格光子晶体的TE传输带且为第二正方晶格光子晶体的TE禁带，或者为第二正方晶格光子晶体的TE传输带且为第一平板正方晶格光子晶体的TE禁带。
本发明也可以按另一种实施方式的结构示意图设计出另一种具体结构的平板光子晶体TM光开关包括连成一个整体的上下两层平板光子晶体，如图2(b)所示,图中省略了光子晶体中的旋转正方形杆，虚线框为旋转正方形杆阵列所在的位置。上平板光子晶体为一个第一平板正方晶格光子晶体，第一平板正方晶格光子晶体的元胞由高折射率旋转正方形杆、3个第一平板介质杆和背景介质组成，第一平板介质杆沿水平方向布置，第一平板正方晶格光子晶体的第一平板介质杆中的一个位于旋转正方形杆中心的水平中部，其余两个分别与水平中部的第一平板介质杆平行，且左右相距0.25a，其中a为第一平板正方晶格光子晶体的晶格常数；第一平板介质杆使整个上平板光子晶体成为一个整体，第一平板介质杆由3块高折射率平板薄膜组成。下平板光子晶体为一个具有完全禁带的第二正方晶格光子晶体，第二正方晶格光子晶体的元胞由高折射率旋转正方形杆、3个第二平板介质杆和背景介质组成，第二平板介质杆沿水平方向布置，第二平板介质杆使整个下平板光子晶体成为一个整体，第二正方晶格光子晶体的第二平板介质杆中的一个位于旋转正方形杆中心的水平中部，其余两个分别与位于水平中部的第二平板介质杆平行，且左右相距0.25a，其中a为第二正方晶格光子晶体的晶格常数；第一平板正方晶格光子晶体的高折射率旋转正方形杆的边长为0.545a～0.564a，其中a为第一平板正方晶格光子晶体的晶格常数；第二正方晶格光子晶体的高折射率旋转正方形杆的边长为0.545a～0.564a，其中a为第二正方晶格光子晶体的晶格常数；第一平板正方晶格光子晶体和第二正方晶格光子晶体的旋转角度均分别为0°～90°；第一平板正方晶格光子晶体元胞内的第一平板介质杆的宽度为0.029a～0.034a，其中a为第一平板正方晶格光子晶体的晶格常数；第二正方晶格光子晶体元胞内的第二平板介质杆的宽度为0.029a～0.034a，其中a为第二正方晶格光子晶体的晶格常数。第二平板介质杆为高折射率介质杆，高折射率介质为硅、砷化镓、二氧化钛或者折射率大于2的介质，高折射率介质采用硅材料；背景介质为低折射率介质，低折射率介质为空气、冰晶石、二氧化硅、有机泡沫、橄榄油或者折射率小于1.5的介质。高消光比TE光开关的归一化工作频率范围(a/λ)为0.4267～0.4329，其中a为第一平板正方晶格光子晶体和第二正方晶格光子晶体的晶格常数,λ为入射波波长，此频率范围为第一平板正方晶格光子晶体的TE传输带且为第二正方晶格光子晶体的TE禁带，或者为第二正方晶格光子晶体的TE传输带且为第一平板正方晶格光子晶体的TE禁带。
还可以根据图2(c)所示结构示意图设计出另一种具体结构的平板光子晶体TM光开关，包括连成一个整体的上下两层平板光子晶体，如图2(c)所示图中省略了光子晶体中的旋转正方形杆，虚线框为旋转正方形杆阵列所在的位置；上平板光子晶体为一个第一平板正方晶格光子晶体，第一平板正方晶格光子晶体的元胞由高折射率旋转正方形杆、单一第一平板介质杆和背景介质组成，第一平板介质杆由1块低折射率介质组成，背景介质为低折射率介质，高折射率旋转正方形杆内有三条槽，槽中填充低折射率介质，低折射率介质为空气、冰晶石、二氧化硅、有机泡沫、橄榄油或者折射率小于1.5的介质，例如填充空气。下平板光子晶体为一个具有完全禁带的第二正方晶格光子晶体，第二正方晶格光子晶体的元胞由高折射率旋转正方形杆、3个第二平板介质杆和背景介质组成，第二平板介质杆沿水平方向布置，第二平板介质杆使整个下平板光子晶体成为一个整体，第二正方晶格光子晶体的第二平板介质杆中的一个位于旋转正方形杆中心的水平中部，其余两个分别与位于水平中部的第二平板介质杆平行，且左右相距0.25a，其中a为第二正方晶格光子晶体的晶格常数；第二正方晶格光子晶体中的高折射率旋转正方形杆的边长为0.545a～0.564a，其中a为第二正方晶格光子晶体的晶格常数；第二正方晶格光子晶体旋转角度为0°～90°；第二正方晶格光子晶体元胞内的第二平板介质杆的宽度为0.029a～0.034a，其中a为第二正方晶格光子晶体的晶格常数；第二平板介质杆为高折射率介质杆，高折射率介质为硅、砷化镓、二氧化钛或者折射率大于2的介质，高折射率介质采用硅材料；背景介质为低折射率介质。高消光比TE光开关的归一化工作频率(a/λ)为0.44～0.479，其中a为第一平板正方晶格光子晶体和第二正方晶格光子晶体的晶格常数,λ为入射波波长，此频率范围为第一平板正方晶格光子晶体的TE传输带且为第二平板光子晶体的TE禁带，或者为第二正方晶格光子晶体的TE传输带且为第一平板正方晶格光子晶体的TE禁带。
上述三种实施方式，均以纸面为参考面，上下平板光子晶体通过框架连接成为一个整体，受外力而做垂直于运动，实现光开关功能，如图2所示，图中省略了光子晶体中的旋转正方形杆，虚线框为旋转正方形杆阵列所在的位置。由于框架本身不在光输入和输出面，即光的输入和输出面平行于参考面，因而不影响光的传播。作为整体的上下平板光子晶体的上下移动可以通过微机械力、电力或者磁力来实现。例如，可在框架内埋入磁铁，采用一个压力联动装置与框架连接，则压力可以驱动黑色框上下移动)，框架的左右两边位于凹槽导轨中，以保证黑框做上下直线往复运动。
实施例1
本实施例中，通过第一平板正方晶格光子晶体和第二正方晶格光子晶体得到水平方向上的不同的光子带结构图，图3为第二正方晶格光子晶体的光子带结构图，光子带结构图中TE禁带的归一化频率(a/λ)为0.400～0.4325；图4为第一平板正方晶格光子晶体的光子带结构图，TE禁带的归一化频率(a/λ)为0.4303～0.5216。对比可知，在归一化频率(a/λ)范围0.400～0.4303中，该结构实现了高消光比TE光开关，从而实现了高消光比的光开关功能。
实施例2
本实施例中，通过第一平板正方晶格光子晶体和第二正方晶格得到垂直方向上的不同的光子带结构图，图5为第二正方晶格光子晶体的光子带图，所述光子带图中TE禁带的归一化频率(a/λ)为0.400～0.4325；图6为第一平板正方晶格光子晶体的光子带图，TE禁带的归一化频率(a/λ)为0.43030～0.5216。对比可知，在归一化频率(a/λ)范围0.400～0.4303中，该结构实现了高消光比TE光开关，从而实现了高消光比的光开关功能。
实施例3
本实施例中，归一化工作频率(a/λ)为0.4057,采用第一种实施方式，利用三维结构数值验证，其中为9层高折射率旋转介质杆和37层高折射率介质脉络，由如图7数值模拟结果可知：开关效果消光很好。
实施例4
本实施例中，归一化工作频率(a/λ)为0.4058,采用第一种实施方式，利用三维结构数值验证，其中为9层高折射率旋转介质杆和37层高折射率介质脉络，由如图8数值模拟结果可知：开关效果消光很好。
实施例5
本实施例中，归一化工作频率(a/λ)为0.406,采用第一种实施方式，利用三维结构数值验证，其中为9层高折射率旋转介质杆和37层高折射率介质脉络，由如图9数值模拟结果可知：开关效果消光很好。
实施例6
本实施例中，归一化工作频率(a/λ)为0.4267,采用第二种实施方式，利用三维结构数值验证，其中为9层高折射率旋转介质杆和37层高折射率介质脉络，由如图10数值模拟结果可知：开关效果消光很好。
实施例7
本实施例中，归一化工作频率(a/λ)为0.4315，采用第二种实施方式，利用三维结构数值验证，其中为9层高折射率旋转介质杆和37层高折射率介质脉络，由如图11数值模拟结果可知：开关效果消光很好。
实施例8
本实施例中，归一化工作频率(a/λ)为0.4329,采用第二种实施方式，利用三维结构数值验证，其中为9层高折射率旋转介质杆和37层高折射率介质脉络，由如图12数值模拟结果可知：开关效果消光很好。
实施例9
本实施例中，归一化工作频率(a/λ)为0.44,采用第三种实施方式，利用三维结构数值验证，其中为9层高折射率旋转介质杆和37层高折射率介质脉络，由如图13数值模拟结果可知：开关效果消光很好。
实施例10
本实施例中，归一化工作频率(a/λ)为0.4435,采用第三种实施方式，利用三维结构数值验证，其中为9层高折射率旋转介质杆和37层高折射率介质脉络，由如图14数值模拟结果可知：开关效果消光很好。
实施例11
本实施例中，归一化工作频率(a/λ)为0.452,采用第三种实施方式，利用三维结构数值验证，其中为9层高折射率旋转介质杆和37层高折射率介质脉络，由如图15数值模拟结果可知：开关效果消光很好。
实施例12
本实施例中，归一化工作频率(a/λ)为0.456,采用第三种实施方式，利用三维结构数值验证，其中为9层高折射率旋转介质杆和37层高折射率介质脉络，由如图16数值模拟结果可知：开关效果消光很好。
实施例13
本实施例中，归一化工作频率(a/λ)为0.479,采用第三种实施方式，利用三维结构数值验证，其中为9层高折射率旋转介质杆和37层高折射率介质脉络，由如图17数值模拟结果可知：开关效果消光很好。
以上之详细描述仅为清楚理解本发明，而不应将其看做是对本发明不必要的限制，因此对本发明的任何改动对本领域中的技术熟练的人是显而易见的。

Claims (13)

1.一种基于平板光子晶体的高消光比TE光开关，其特征在于，其包括上下两层平板光子晶体相连而成的一个整体；所述上平板光子晶体为一个第一平板正方晶格光子晶体，所述第一平板正方晶格光子晶体的元胞由高折射率旋转正方形杆、3个第一平板介质杆和背景介质组成，所述第一平板介质杆沿水平方向布置，所述第一平板介质杆使整个上平板光子晶体形成一个整体，所述第一平板介质杆由高折射率介质套管和套管内的低折射率介质组成，或者由1至3块高折射率平板薄膜组成，或者由1块低折射率介质组成；所述下平板光子晶体为一个具有完全禁带的第二正方晶格光子晶体，所述第二正方晶格光子晶体的元胞由高折射率旋转正方形杆、3个第二平板介质杆和背景介质组成，所述第二平板介质杆沿水平方向布置，所述第二平板介质杆使整个下平板光子晶体形成一个整体，所述第二平板介质杆为高折射率介质杆；所述背景介质为低折射率介质；所述TE光开关的归一化工作频率a/λ为0.4057～0.406、0.4267～0.4329或者0.44～0.479,其中a为第一平板正方晶格光子晶体和第二正方晶格光子晶体的晶格常数,λ为入射波波长。
2.按照权利要求1所述的基于平板光子晶体的高消光比TE光开关，所述第一平板正方晶格光子晶体元胞内的第一平板介质杆中的套管厚度为0～0.009a，其中a为第一平板正方晶格光子晶体的晶格常数；所述套管内的低折射率介质的宽度为所述第一平板介质杆的宽度与所述套管的厚度相减。
3.按照权利要求1所述的基于平板光子晶体的高消光比TE光开关，其特征在于，所述第一平板正方晶格光子晶体的第一平板介质杆中的一个位于旋转正方形杆中心的水平中部，其余两个分别与位于水平中部的第一平板介质杆平行，且左右相距0.25a，其中a为第一平板正方晶格光子晶体的晶格常数；所述第二正方晶格光子晶体的第二平板介质杆中的一个位于旋转正方形杆中心的水平中部，其余两个分别与水平中部的第二平板介质杆平行，且左右相距0.25a,其中a为第二正方晶格光子晶体的晶格常数。
4.按照权利要求1所述的基于平板光子晶体的高消光比TE光开关，其特征在于，所述第一平板正方晶格光子晶体中的高折射率旋转正方形杆的边长为0.545a～0.564a，其中a为第一平板正方晶格光子晶体的晶格常数,所述第二正方晶格光子晶体中的高折射率旋转正方形杆的边长为0.545a～0.564a，其中a为第二正方晶格光子晶体的晶格常数；所述第一平板正方晶格光子晶体和第二正方晶格光子晶体的旋转角度均分别为0°～90°；所述第一平板正方晶格光子晶体元胞内的第一平板介质杆的宽度为0.029a～0.034a，其中a为第一平板正方晶格光子晶体的晶格常数；所述第二正方晶格光子晶体元胞内的第二平板介质杆的宽度为0.029a～0.034a，其中a为第二正方晶格光子晶体的晶格常数。
5.按照权利要求1所述的基于平板光子晶体的高消光比TE光开关，其特征在于，所述高折射率介质为折射率大于2的介质。
6.按照权利要求1所述的基于平板光子晶体的高消光比TE光开关，其特征在于，所述高折射率介质为硅、砷化镓或者二氧化钛。
7.按照权利要求1所述的基于平板光子晶体的高消光比TE光开关，其特征在于，所述低折射率介质为折射率小于1.5的介质。
8.按照权利要求1所述的基于平板光子晶体的高消光比TE光开关，其特征在于，所述低折射率介质为空气、冰晶石、二氧化硅、有机泡沫或者橄榄油。
9.按照权利要求1所述的基于平板光子晶体的高消光比TE光开关，其特征在于，所述高消光比TE光开关，第一平板正方晶格光子晶体位于光路中，第二正方晶格光子晶体位于光路外为一种开关状态；第二正方晶格光子晶体位于光路中，第一平板正方晶格光子晶体位于光路外为另一种开关状态。
10.按照权利要求1或9所述的基于平板光子晶体的高消光比TE光开关，其特征在于，所述高消光比TE光开关的归一化工作频率范围a/λ为0.4057～0.406，其中a为第一平板正方晶格光子晶体和第二正方晶格光子晶体的晶格常数,λ为入射波波长，消光比为-14dB～-15dB；所述第一平板正方晶格光子晶体位于光路中，第二正方晶格光子晶体位于光路外的状况为光路连通状态；第二正方晶格光子晶体位于光路中，第一平板正方晶格光子晶体位于光路外为光路断开状态。
11.按照权利要求1或9所述的基于平板光子晶体的高消光比TE光开关，其特征在于，所述高消光比TE光开关的归一化工作频率范围a/λ为0.4267～0.4329，其中a为第一平板正方晶格光子晶体和第二正方晶格光子晶体的晶格常数,λ为入射波波长，消光比为-32～-35dB；所述第二正方晶格光子晶体位于光路中，第一平板正方晶格光子晶体位于光路外为光路连通状态；第一平板正方晶格光子晶体位于光路中，第二正方晶格光子晶体位于光路外为光路断开状态。
12.按照权利要求1或9所述的基于平板光子晶体的高消光比TE光开关，其特征在于，所述高消光比TE光开关的归一化工作频率范围a/λ为0.44～0.479，其中a为第一平板正方晶格光子晶体和第二正方晶格光子晶体的晶格常数,λ为入射波波长，消光比为-20dB～-40dB，所述第二正方晶格光子晶体位于光路中，第一平板正方晶格光子晶体位于光路外为光路连通状态；第一平板正方晶格光子晶体位于光路中，第二正方晶格光子晶体位于光路外为光路断开状态。
13.按照权利要求1所述的基于平板光子晶体的高消光比TE光开关，其特征在于，所述第一平板正方晶格光子晶体和第二正方晶格光子晶体在光路中的位置通过外力调节，所述外力包括机械力、电力和磁力。
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104459990B (zh) 2014-12-10 2017-01-11 欧阳征标 基于平板光子晶体的高消光比偏振无关光开关
CN104459988B (zh) * 2014-12-10 2017-07-18 欧阳征标 基于平板光子晶体的高偏振度及高消光比tm光开关
CN104459989B (zh) * 2014-12-10 2017-03-08 深圳市浩源光电技术有限公司 基于平板光子晶体的高消光比te光开关
CN104375267B (zh) 2014-12-10 2017-01-11 欧阳征标 基于平板光子晶体高消光比tm光开关
CN104849806B (zh) * 2015-05-27 2017-10-03 欧阳征标 基于十字连杆与旋转空心正方柱的二维正方晶格光子晶体

Family Cites Families (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001281714A (ja) * 2000-01-24 2001-10-10 Minolta Co Ltd 光機能素子及び光集積化素子
JP3846228B2 (ja) * 2001-06-07 2006-11-15 日本電気株式会社 導波路
JP3561244B2 (ja) * 2001-07-05 2004-09-02 独立行政法人 科学技術振興機構 二次元フォトニック結晶面発光レーザ
US7387913B2 (en) * 2001-08-08 2008-06-17 Jsr Corporation 3D optoelectronic micro system
JP2003215646A (ja) * 2002-01-21 2003-07-30 Matsushita Electric Works Ltd 光スイッチ
US6957003B2 (en) * 2002-06-27 2005-10-18 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Creating large bandwidth line defects by embedding dielectric waveguides into photonic crystal slabs
US20040001665A1 (en) * 2002-07-01 2004-01-01 Majd Zoorob Optical device
US6873777B2 (en) * 2003-03-10 2005-03-29 Japan Aviation Electronics Industry Limited Two-dimensional photonic crystal device
JP4093281B2 (ja) * 2004-03-03 2008-06-04 独立行政法人科学技術振興機構 フォトニック結晶結合欠陥導波路
JP2006251063A (ja) * 2005-03-08 2006-09-21 Japan Aviation Electronics Industry Ltd 光コネクタ、光結合方法及び光素子
WO2006100905A1 (ja) * 2005-03-18 2006-09-28 Kyoto University 偏波モード変換器
US7529437B2 (en) * 2006-07-27 2009-05-05 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Scalable and defect-tolerant quantum-dot-based quantum computer architectures and methods for fabricating quantum dots in quantum computer architectures
JP5147041B2 (ja) * 2006-09-21 2013-02-20 古河電気工業株式会社 フォトニック結晶光素子
US7373059B2 (en) * 2006-09-22 2008-05-13 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Compact, single chip-based, entangled polarization-state photon sources and methods for generating photons in entangled polarization states
US7421179B1 (en) * 2006-09-29 2008-09-02 Wei Jiang Apparatus and method for switching, modulation and dynamic control of light transmission using photonic crystals
WO2009098818A1 (ja) * 2008-02-07 2009-08-13 Nec Corporation 光スイッチ及びその製造方法
CN101571657B (zh) * 2009-06-10 2010-09-01 南京邮电大学 一种光子晶体全光开关
US8617471B2 (en) * 2010-08-23 2013-12-31 Omega Optics, Inc. Fabrication tolerant design for the chip-integrated spectroscopic identification of solids, liquids, and gases
US8571373B2 (en) * 2011-05-23 2013-10-29 Xiaolong Wang Photonic crystal band-shifting device for dynamic control of light transmission
CN102650714B (zh) * 2012-01-13 2015-04-08 深圳大学 光子晶体波导t形偏振分束器
CN103901536B (zh) * 2014-04-11 2016-08-17 深圳大学 一种圆环杆与平板连杆的二维正方晶格光子晶体
CN104155718B (zh) * 2014-07-28 2017-07-04 欧阳征标 基于高折射率内圆外方空心柱的正方晶格光子晶体
CN104101949B (zh) * 2014-07-28 2017-01-25 欧阳征标 基于十字连杆柱和圆柱的大绝对禁带正方晶格光子晶体
CN104375267B (zh) * 2014-12-10 2017-01-11 欧阳征标 基于平板光子晶体高消光比tm光开关
CN104459990B (zh) * 2014-12-10 2017-01-11 欧阳征标 基于平板光子晶体的高消光比偏振无关光开关
CN104459988B (zh) * 2014-12-10 2017-07-18 欧阳征标 基于平板光子晶体的高偏振度及高消光比tm光开关
CN104459989B (zh) 2014-12-10 2017-03-08 深圳市浩源光电技术有限公司 基于平板光子晶体的高消光比te光开关
CN104459991B (zh) * 2014-12-10 2016-08-24 欧阳征标 基于平板光子晶体的高偏振度及高消光比te光开关

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