一种引入补偿柱的高传输率和高隔离度的三端口光环行器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于光子晶体环行器技术领域，尤其涉及一种引入补偿柱的具有多个磁光 材料柱耦合的三端口光子晶体环行器。
【背景技术】
[0002] 随着当今飞速发展的全光信息处理技术，结构紧凑、易于集成的光子晶体器件在 大规模集成光路系统中受到人们广泛关注和研究。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微型材料，它可使得一定频段的电磁波不能在其中传播，从而 形成光子带隙。至今，基于光子晶体的多种微型器件相继被开发和研制，如高Q微腔、光纤 探测器、微波滤波器、高效激光器、微型传感器等。光子晶体被誉为是最有潜力实现全光集 成芯片的新一代光子器件之一。成功实现类似大规模集成电路那样的光子晶体逻辑集成光 路，将使全光信息技术在处理速度、传输质量、存储容量等方面跃上新台阶。
[0003] 在光路中，集成度的增加会导致元件之间信号的干扰显著增强，而信号干扰在很 大程度上影响各元件的工作性能，甚至将导致整个系统异常。所以，消除信号干扰和保障传 输稳定成为提高光路集成首要解决的问题。
[0004] 在光子晶体结构中实现磁光环行器是一个较新研究领域，2005年首次由美国斯坦 福大学S. Fan研究小组提出。至今，人们已经研究了几种光子晶体磁光环行器，但大多数是 基于介质衬底-空气柱型的结构，对于另一种空气衬底-介质柱型的光子晶体磁光环行器 研究甚少。因此，光子晶体磁光环行器研究还存在很多技术问题需要攻克，特别是：在器件 类型方面，如何有效开发空气衬底-介质柱型的环行器；在器件结构方面，如何获得结构紧 凑、形态简明的环行器；在器件性能方面，如何获得高隔离度高传输率的环行器。以上技术 问题的解决，势必为光子晶体磁光环行器研究提供新的思路和发展方向。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种结构紧凑、易于集成、具有高隔 离度、高传输率的单方向环行功能的环行器。
[0006] 本发明的目的通过下述技术方案予以实现。
[0007] 本发明的三端口环行器包括低折射率背景介质中呈三角晶格阵列排布的第一介 质材料柱的二维光子晶体，每一个第一介质材料柱占据三角晶格的一个晶格，还包括三个 光子晶体交叉波导和三个端口，所述三个光子晶体交叉波导为三个交叉连接且两两之间夹 角为120°的光子晶体波导，所述三个光子晶体交叉波导分别对应三个端口，三个端口分别 分布于光子晶体外围端面；在所述三个光子晶体波导中轴线交汇处设置一个第二介质材料 柱，在所述第二介质材料柱的最邻近处分别设置三个相同的磁光材料柱；所述三个磁光材 料柱以120°角旋转对称分布于三个交叉波导的交叉中心的周围，且每个磁光材料柱位于 其所在波导的中轴线上；在所述第二介质材料柱的第二邻近处分别设置三个相同的第三介 质材料柱；所述第三介质材料柱为补偿柱；所述三个补偿柱以120°角旋转对称分布于三 个交叉波导的交叉中心的周围，且每个补偿柱位于其所在波导的中轴线上，电磁波信号从 任意一波导端口输入，将从下一相邻波导端口输出，另一端口为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、二氧化硅、氟化镁，或者折射率小于1. 5的 介质材料。
[0009] 所述第一介质材料柱为硅材料、砷化镓、二氧化钛、氮化镓，或者折射率大于2的 介质材料。
[0010] 所述第一介质材料柱的横截面为圆形、正方形，或者正多边形，所述第一介质材料 柱的横截面形状优选为圆形。
[0011] 所述光子晶体波导由光子晶体的中部位置分别沿水平成60°角方向、与水平成 180°角方向和与水平成300°角方向移去若干个第一介质材料柱，并将位于60°与180° 之间外侧的第一介质材料柱整体沿120°轴向外平移距离b，将位于180°与300°之间外 侧的第一介质材料柱整体沿240°轴向外平移距离b，将位于300°与60°之间外侧的第一 介质材料柱整体沿0°轴向右平移距离b构成所述的三个交叉连接的光子晶体波导，所述 b 二 yfiu 丨 3。
[0012] 所述第二介质材料柱为硅材料、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三角形，其中部与三个顶部的连线分别与水 平成60°角方向、与水平成180°角方向和与水平成300°角方向。
[0013] 所述三个磁光材料柱分别为铁氧体材料，其横截面为圆形。
[0014] 第三介质材料柱为硅材料、砷化镓、二氧化钛、氮化镓，或者折射率大于2的介质 材料。
[0015] 所述第三介质材料柱的横截面为正三角形、圆形，或者正多边形，所述第三介质材 料柱的横截面形状优选为正三角形，所述正三角形的一个顶部对应其所在光子晶体波导的 中轴线方向，且该顶部对应波导端口方向。
[0016] 本发明的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，或者可见光波段等。本发明与现有技术相比，具有以下积极效果。
[0017] 1.利用磁光材料的非互易特性制作光环行器，能够获得光器件中传输端口间的 信号单方向环行功能，它能够有效防止信号回流、消除信号相互串扰、确保光路系统正常运 作。磁光环行器是集成光路中不可缺少的功能优化器件。
[0018] . 2.光子晶体中利用补偿柱可提高多个耦合磁光材料柱的工作性能，非互易性传 输效果，设计一种不仅结构紧凑、易于集成，而且便于与其它光子晶体器件的功能集成，实 现信号在器件中三端口间的单方向光环行传输。
[0019] 3.利用补偿柱使磁光材料柱实现与对应光子晶体波导有效匹配，获得高传输效 率、高隔离度的三端口光子晶体磁光环行器性能，为光子晶体集成光路系统提供优良的防 止信号回流、消除信号干扰的环行器需求。
【附图说明】
[0020] 下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的阐述。
[0021] 图1为本发明引入补偿柱的高传输率和高隔离度的三端口光环行器的结构示意 图。
[0022] 图中：空气背景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磁 光材料柱A磁光材料柱B磁光材料柱C第一波导端口 11第二波导端口 12第三波导端口 13 波导览度w
[0023] 图2为本发明引入补偿柱的高传输率和高隔离度的三端口光环行器的隔离度、插 入损耗图。
[0024] 图3为本发明引入补偿柱的高传输率和高隔离度的三端口光环行器的第一种传 输效果示意图。
[0025] 图4为本发明引入补偿柱的高传输率和高隔离度的三端口光环行器第二种传输 效果示意图。
[0026] 图5为本发明引入补偿柱的高传输率和高隔离度的三端口光环行器第三种传输 效果示意图。
【具体实施方式