一种紧凑型六端口光子晶体环行器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及光子晶体磁光器件和环行器技术领域，尤其涉及一种高效率传输和高 隔离度的六端口光子晶体磁光环行器。
【背景技术】
[0002] 利用磁光环行器的非互易性质，能够使信号在器件端口间形成单方向环行传输， 使入射信号能够顺利通过而反射信号获得隔离。这种特性能够消除集成系统中元件的相互 串扰，非常有利于协调系统中元件间的功能搭配。因此磁光环行器是集成光路中具有消减 信号串扰作用的重要器件。
[0003] 另一方面，近年来光子晶体成为人们研究光器件的热门领域。光子晶体是一种介 电常数或磁导率在空间呈周期或准周期排列的新型人工材料，它的光子能带效应可使得一 定频段的光波不能在其中进行传播。通过对光子晶体中引入缺陷实现对光子的引导与控 制，由此可以获得各种不同功能的光器件，如光子晶体激光器、滤波器、光开关、波分复用器 件等。随着技术不断发展，人们已经不仅仅停留在具有单个功能的光子晶体器件研究上，而 更注重研究多个不同光子晶体逻辑器件的功能集成，希望不久的将来能够实现光子晶体计 算机。
[0004] 随着光子晶体器件集成度的增加，器件之间的相互干扰问题逐渐突出，如果干扰 信号不能得到有效消除或抑制，则很大程度上会影响整体性能和集成，因此能够优化光路 性能的磁光环行器显得至关重要。对于光子晶体磁光环行器，目前人们已经提出三端口、四 端口结构，但是四端口以上的光子晶体环行器并不多见，特别是基于空气衬底-介质柱型 结构的多端口光子晶体磁光环行器还未见报道。空气衬底-介质柱型的光子晶体带隙较 宽、结构简明且易于制备，在磁光环行器的研究上有重要应用。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种不仅结构紧凑、易于制备，而且 易于集成的六端口光子晶体磁光环行器，可获得六个端口间高效率传输和高度隔离度的电 磁波信号单方向环行。
[0006] 本发明的目的是通过下述技术方案实现的。
[0007] 本发明的紧凑型六端口光子晶体环行器主体为低折射率背景介质中的一个二维 六角形光子晶体波导，所述六角形光子晶体波导由三角晶格排布的二维第一介质材料柱构 成，它包括六角形光子晶体分支波导和六个波导端口，所述六角形光子晶体分支波导为六 个交叉于光子晶体的中心位置，且成60°旋转对称分布的六角形光子晶体分支波导；所述 六个光子晶体分支波导分别对应六个波导端口，六个波导端口分别对称分布于光子晶体外 围端面；所述六角形光子晶体波导的中心位置设置一个第二介质材料柱，在所述第二介质 材料柱的第一邻近处分别设置六个相同的磁光材料柱；在所述第二介质材料柱的第二邻近 处分别设置六个相同的第三介质材料柱，电磁波信号从任意一个波导端口输入，将从下一 个相邻波导端口输出，其余波导端口均处于信号隔离状态以形成单方向环行传输。
[0008] 所述低折射率背景介质为空气、真空、泡沫，或者折射率小于1. 5的介质材料。
[0009] 所述第一介质材料柱的折射率为硅、砷化镓、二氧化钛、氮化镓，或者折射率大于2 的介质材料；所述第一介质材料柱的横截面为圆形或者正多边形，所述第一介质材料柱横 截面为圆形。
[0010] 所述六个分支波导的中轴线分别位于沿水平负方向、与水平成240°夹角方向、与 水平成300°夹角方向、水平正方向、与水平成60°夹角方向、与水平成120°夹角方向。
[0011] 所述三角形光子晶体的每个分支波导的宽度为3a，长度为na，所述a为光子晶体 的晶格常数，n为不小于4的整数。
[0012] 所述第二介质材料的折射率为硅、砷化镓、二氧化钛、氮化镓或者折射率大于2的 介质材料；所述第二介质材料柱的横截面为正六边形或圆形，所述第二介质材料柱的横截 面优选为正六边形，且该正六边形的六个顶端分别对应所述的六个光子晶体分支波导的中 轴线。
[0013] 所述第二介质材料柱的中心与所述六个磁光材料柱的中心距离均为1. 8a，所述a 为光子晶体的晶格常数。
[0014] 所述磁光材料柱为铁氧体材料；所述磁光材料柱的横截面为圆形或正多边形，所 述磁光材料柱横截面优选为圆形。
[0015] 所述第三介质材料柱材料为硅、砷化镓、二氧化钛、氮化镓，或者折射率大于2的 介质材料，所述第三介质材料柱的横截面为正三角形或者圆形，所述第三介质材料柱的横 截面优选为正三角形，且该正三角形的中心点和一个顶点均位于对应的分支波导中轴线 上，该顶点对应所在的波导端口方向。
[0016] 所述六个第三介质材料柱的中心与所述第二介质材料柱的中心距离均为3. 2a，所 述a为光子晶体的晶格常数。
[0017] 本发明的六端口光子晶体环行器广泛适用于任意电磁波波段，如微波波段、毫米 波波段、太赫兹波段、红外波段或可见光波段等。它与现有技术相比，具有以下优点：
[0018] 1.本发明空气衬底-介质柱型的光子晶体六端口磁光环行器，可用于结构复杂、 功能集成的光子晶体系统，对于提高光路抗干扰性和稳定性等方面具有不可估量的作用， 是光子晶体大规模集成光路中必不可少的基础元件。
[0019] 2.利用磁光材料柱环状级联方式以及在磁光材料柱外围引入补偿柱的方式，实现 六端口间高效率光传输和高度光隔离的电磁波信号单方向环行传输。
[0020] 3.不仅对称性高、结构紧凑、性能优良，而且具有较宽的工作频，易于制备且易与 其它光子晶体器件实现集成。
[0021] 4.可以同时引导或隔离多个器件之间的信号回流和干扰，同时提供光子晶体集成 光路中多个器件间消除信号串扰的功能。
【附图说明】
[0022] 图1为本发明紧凑型六端口光子晶体环行器的结构示意图。
[0023] 图中：背景介质00第一介质材料柱01第二介质材料柱02第三介质材料柱03 第一波导端口 11第二波导端口 12第三波导端口 13第四波导端口 14第五波导端口 15 第六波导端口 16磁光材料柱A磁光材料B磁光材料柱C磁光材料柱D磁光材料柱E磁 光材料柱F波导宽度w
[0024] 图2为本发明紧凑型六端口光子晶体环行器的谱线示意图。
[0025] 图3为本发明紧凑型六端口光子晶体环行器的第一种光传输示意图。
[0026] 图4为本发明紧凑型六端口光子晶体环行器的第二种光传输示意图。
[0027] 图5为本发明紧凑型六端口光子晶体环行器的第三种光传输示意图。
[0028] 图6为本发明紧凑型六端口光子晶体环行器的第四种光传输示意图。
[0029] 图7为本发明紧凑型六端口光子晶体环行器的第五种光传输示意图。
[0030] 图8为本发明紧凑型六端口光子晶体环行器的第六种光传输示意图。
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