CN1304859C - 二维光子晶体偏振分束器 - Google Patents
二维光子晶体偏振分束器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN1304859C CN1304859C CNB200410101823XA CN200410101823A CN1304859C CN 1304859 C CN1304859 C CN 1304859C CN B200410101823X A CNB200410101823X A CN B200410101823XA CN 200410101823 A CN200410101823 A CN 200410101823A CN 1304859 C CN1304859 C CN 1304859C
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- photon crystal
- dimensional
- incident
- dimensional photon
- periodic structure
- 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.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000013078 crystal Substances 0.000 title claims abstract description 26
- 230000010287 polarization Effects 0.000 title claims description 24
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims abstract description 15
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 4
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 claims description 3
- 239000004038 photonic crystal Substances 0.000 description 12
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 5
- 230000005288 electromagnetic effect Effects 0.000 description 2
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Polarising Elements (AREA)
Abstract
二维光子晶体偏振分束器属于电磁波偏振分束器领域，其特征在于，它是一种二维周期性结构，它是通过把电介质棒插入背景介质中，或者在固体背景介质中用任意方法形成空气棒而构成的，但背景介质的折射率要大于电介质棒的。沿着电磁波入射方向自左至右，该周期性结构为四边形，左平行边即入射边覆盖全部入射波束，且与入射的电磁波有一个夹角，右平行边覆盖全部出射波束，其余两条边全处在波束传播范围之外。本发明具有光子晶体本身所有的标度不变性的优点；在工作波长相等时，它的晶格常数比现有的二维光子晶体偏振分束器晶格常数要小得多，具有轻便小巧的优点。
Description
技术领域：本发明涉及一种电磁波偏振分束器，具体是一种二维光子晶体偏振分束器。
背景技术：
光子晶体是一种空间上具有周期性的电介质结构，而二维光子晶体是一个二维平面上具有周期性的电介质结构。电磁波传播时，一般来说是非偏振的，即具有两个互相垂直的不等于零的偏振分量，偏振分束器是将一束入射非偏振电磁波分解成两束具有不同偏振的电磁波的器件。电磁波在二维光子晶体中传播时，可分解为两个偏振分量分别平行和垂直于该二维平面的轴，称为P和S波。
中国专利号98110990.X，授权公告号CN 1093266C，授权公告日2002年10月23日，名称为“二维光子晶体偏振器及制备方法”，该专利公开了一种二维光子晶体偏振器。另外，美国期刊《Journal of Applied Physics》2003年6月15日出版，93卷，9429页，D.R.Solli，C.F.McCormick，R.Y.Chiao，J.H.Hickmann等人所撰”Photonic crystal polarizers and polarizing beam splitters”一文公开了一种工作于微波区间的二维光子晶体偏振分束器及其实验结果。
上文所提及的现有二维光子晶体偏振器，其基本原理是利用光子晶体的带隙结构进行分束。具体来说，空间上的周期性使光子晶体形成能带结构，能带之间可能会有带隙；如果电磁波的频率落在带隙中，则该频率的电磁波不能在该结构中传播，因此，该频率的电磁波入射时将被完全反射。不同偏振具有不同的能带结构，一般来说带隙的位置不相同，因此如果入射电磁波的一个偏振处于带隙而另一个偏振不处于带隙，则前者被完全反射，后者透射，于是在透射的电磁波中就只含有一个偏振分量。
由于工作原理依赖带隙，现有二维光子晶体偏振器的主要缺点为：
对于一定的工作波长，带隙的出现要求其晶格常数与波长可比拟，甚至比波长大，上述两篇文章中的二维光子晶体偏振器，其λ/a，即工作波长与晶格常数之比约为5∶1至1∶1，因此其体积受到限制，无法做得很小，特别是如果工作波长在微波段至无线电频段，则偏振器的体积会相当大，不利于集成光学的要求.
发明内容
发明目的：为克服上述缺点，本发明的目的是提供一种二维光子晶体偏振分束器，在工作波长下其尺寸比现有的二维光子晶体偏振器大大减小。本发明基于二维光子晶体的各向异性性质。所谓各向异性，是指光子晶体整体上对不同偏振的平均折射率是不同的。虽然二维光子晶体是周期性的电介质棒，但如果入射波的波长比晶格常数大得多，则该光子晶体的周期结构难以被入射电磁波感受到，此时对入射电磁波来说，光子晶体整体上近似于一块均匀介电材料，一定的入射波长下，晶格常数越小，光子晶体的周期性对电磁波的作用越弱，而整体性越强。因此，在入射波长比晶格常数大得多时，例如波长与晶格常数之比约为10∶1至30∶1，如图1，光子晶体对电磁波的作用可以用平均折射率描述。另一方面，光子晶体的平均折射率之差依赖于晶格常数，占空比(电介质棒截面积与周期结构的单元面积之比)，电介质棒的折射率以及背景介质的折射率，选择合适的参数配比，可以使得不同偏振的平均折射率之差很大，因此电磁波在光子晶体中只需要传播很短的距离就能获得期望的偏振分束效果。利用不同偏振的平均折射率之差，设计合适的电介质棒阵列的轮廓形状，就可以设计出高质量的偏振分束器。
本发明的特征在于：
1、它具有二维周期性结构，所述二维周期性结构是以下两种中的任何一种：
背景介质以及插入其中的电介质棒二者构成的结构；
固体背景介质以及用任意方法在背景介质中形成的空气棒二者构成的结构；
所述背景介质和电介质棒是任意一种电介质，但背景介质的折射率比电介质棒的折射率大；沿着电磁波入射方向自左至右，所述二维周期性结构的整体轮廓为四边形，它具有两条平行边，左平行边即入射边覆盖全部入射波束，且与入射的电磁波有一个夹角，右平行边即出射边覆盖全部出射波束，剩余两条边全处在波束传播范围之外。
2、所述二维周期性结构呈平行四边形。
3、所述电介质棒的截面形状是任意的。
4、所述电介质棒的晶格单元是任意形状的。
此结构的分束原理是：对P波，该结构的平均折射率小，与背景介质的折射率之差大，全反射角就小；对S波则反之。因此，选择入射边与电磁波入射方向成一特定角度，只要该角度大于P波的全反射角而小于S波的全反射角，就可以使P波全反射，而S波部分反射部分透射。此时因为没有透射P波，所以透射S波的偏振度极高；而为了提高反射P波的偏振度，必须减少反射S波，即提高S波的透射率，这时只要调节该结构中入射边和出射边的距离即可。本发明的有益效果：本发明具有光子晶体本身所具有的标度不变性的优点，即只需将结构的尺寸放大或缩小一个因子，其工作波长随之放大或缩小相同的因子，而保持偏振波束的偏振度、透射率等性能指标不变。除此之外，在工作波长相等时，本发明比现有的二维光子晶体偏振器晶格常数要小得多，因而具有轻便小巧的优点，尺寸受的限制也小。
附图说明：
图1是二维光子晶体结构以及在背景介质中的电磁波波长λ与晶格常数a对比示意图：1.电磁波，2.电介质棒，3.背景介质。
图2是本发明的一个实施例结构示意图。
具体实施方式
如图2，入射电磁波源为单缝衍射波源，缝宽240a，背景介质中波长为10a(以下均使用晶格常数a为长度单位工作)。
在二维平面上，选择硅(折射率n＝3.4)为背景介质，电介质棒阵列为空气(折射率n＝1.0)。分束器整体轮廓为平行四边形(图2中用虚线表示)，其中平行于电磁波入射方向的两短边长度为10a，距离d＝246a，长边与短边垂线的夹角θ＝47°，棒半径0.39a。入射波(入射波中S波和P波大小相等)经过该结构后出射为两束偏振波S波和P波，方向分别为由入射方向顺时针转0度和86度，偏振度分别为99.9％和99.1％，能量利用率分别为98.2％和95.7％。
Claims (4)
1、二维光子晶体偏振分束器，其特征在于，它具有二维周期性结构，所述二维周期性结构是以下两种中的任何一种：
背景介质以及插入其中的电介质棒二者构成的结构；
固体背景介质以及用任意方法在背景介质中形成的空气棒二者构成的结构；
所述背景介质和电介质棒是任意一种电介质，但背景介质的折射率比电介质棒的折射率大；
沿着电磁波入射方向自左至右，所述二维周期性结构的整体轮廓为四边形，它具有两条平行边，左平行边即入射边覆盖全部入射波束，且与入射的电磁波有一个夹角，该角度大于P波的全反射角而小于S波的全反射角，右平行边即出射边覆盖全部出射波束，剩余两条边全处在波束传播范围之外。
2、根据权利要求1所述的二维光子晶体偏振分束器，其特征在于，所述二维周期性结构呈平行四边形。
3、根据权利要求1所述的二维光子晶体偏振分束器，其特征在于，所述电介质棒的截面形状是任意的。
4、根据权利要求1所述的二维光子晶体偏振分束器，其特征在于，所述电介质棒的晶格单元是任意形状的。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNB200410101823XA CN1304859C (zh) | 2004-12-24 | 2004-12-24 | 二维光子晶体偏振分束器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNB200410101823XA CN1304859C (zh) | 2004-12-24 | 2004-12-24 | 二维光子晶体偏振分束器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN1641383A CN1641383A (zh) | 2005-07-20 |
| CN1304859C true CN1304859C (zh) | 2007-03-14 |
Family
ID=34869641
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CNB200410101823XA Expired - Fee Related CN1304859C (zh) | 2004-12-24 | 2004-12-24 | 二维光子晶体偏振分束器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN1304859C (zh) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007033558A (ja) * | 2005-07-22 | 2007-02-08 | Nippon Zeon Co Ltd | グリッド偏光子及びその製法 |
| CN104102016B (zh) * | 2014-07-25 | 2017-02-15 | 上海理工大学 | 基于光子晶体的偏振光分束器设计方法 |
| CN112490683B (zh) * | 2020-12-02 | 2021-09-07 | 南京大学 | 一种机械可调的电磁偏折器及其电磁波反射角度调控方法 |
| CN112596254B (zh) * | 2020-12-07 | 2022-05-20 | 宁波大学 | 基于光子晶体的紧凑型偏振分束器 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1214453A (zh) * | 1998-07-31 | 1999-04-21 | 复旦大学 | 二维光子晶体偏振器及制备方法 |
| US6243199B1 (en) * | 1999-09-07 | 2001-06-05 | Moxtek | Broad band wire grid polarizing beam splitter for use in the visible wavelength region |
| CN1342910A (zh) * | 2000-09-04 | 2002-04-03 | 日本板硝子株式会社 | 光学器件和使用该器件的分光镜与偏振分离装置 |
| JP2002267845A (ja) * | 2001-03-14 | 2002-09-18 | Nippon Sheet Glass Co Ltd | 光学素子およびそれを用いた分光装置及び偏光分離装置 |
-
2004
- 2004-12-24 CN CNB200410101823XA patent/CN1304859C/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1214453A (zh) * | 1998-07-31 | 1999-04-21 | 复旦大学 | 二维光子晶体偏振器及制备方法 |
| US6243199B1 (en) * | 1999-09-07 | 2001-06-05 | Moxtek | Broad band wire grid polarizing beam splitter for use in the visible wavelength region |
| CN1342910A (zh) * | 2000-09-04 | 2002-04-03 | 日本板硝子株式会社 | 光学器件和使用该器件的分光镜与偏振分离装置 |
| JP2002267845A (ja) * | 2001-03-14 | 2002-09-18 | Nippon Sheet Glass Co Ltd | 光学素子およびそれを用いた分光装置及び偏光分離装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN1641383A (zh) | 2005-07-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Figotin et al. | Frozen light in photonic crystals with degenerate band edge | |
| KR102484474B1 (ko) | 브래그 액정 편광 격자 | |
| Yuan et al. | Bound states in the continuum on periodic structures surrounded by strong resonances | |
| Khelif et al. | Guided elastic waves along a rod defect of a two-dimensional phononic crystal | |
| JP6745516B2 (ja) | 光学素子 | |
| Leong et al. | Surface plasmon resonance in nanostructured metal films under the Kretschmann configuration | |
| Hladky-Hennion et al. | Acoustic wave localization in one-dimensional Fibonacci phononic structures with mirror symmetry | |
| JP3979097B2 (ja) | 光学素子 | |
| CN107976733A (zh) | 一种全介质偏振无关的角度滤波器 | |
| Kang et al. | Inverse polarizing effect of subwavelength metallic gratings in deep ultraviolet band | |
| Yuan et al. | Perturbation theories for symmetry-protected bound states in the continuum on two-dimensional periodic structures | |
| CN104810628B (zh) | 一种叶片型太赫兹波宽带线极化器 | |
| CN1304859C (zh) | 二维光子晶体偏振分束器 | |
| Hu et al. | Bound states with complex frequencies near the continuum on lossy periodic structures | |
| Wang et al. | Transfer matrix method for light propagation in variable complex chiral media | |
| Luo et al. | Low-pass spatial filters with small angle-domain bandwidth based on one-dimensional metamaterial photonic crystals | |
| Hou et al. | Effective elastic parameters of the two-dimensional phononic crystal | |
| Mys et al. | Effect of ellipticity of optical eigenwaves on the enhancement of efficiency of acousto-optic Bragg diffraction. A case of optically active Pb5Ge3O11 crystals | |
| CN1159602C (zh) | 可见光波段偏振光束分离器 | |
| Takeda et al. | TE-TM mode coupling in two-dimensional photonic crystals composed of liquid-crystal rods | |
| CN103018815B (zh) | 一种深紫外铝光栅偏振器 | |
| CN100405095C (zh) | 二维光子晶体偏振分束器 | |
| Belyi et al. | Generation of TE-and TH-polarized Bessel beams using one-dimensional photonic crystal | |
| Sedrakian et al. | Photonic band gap in 1D Photonic crystals with gradient profile of pitch and amplitude of modulation | |
| Reinhard et al. | Band structure of terahertz metallic photonic crystals with high metal filling factor |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C19 | Lapse of patent right due to non-payment of the annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |