垂直磁控等离子体光子晶体太赫兹波调制器及调制方法
【技术领域】
[0001]本发明是一种磁控太赫兹波调制器(二维三角晶格结构光子晶体)，尤其是一种缺陷模迀移型以及消失型、等离子体光子晶体太赫兹波调制器，涉及太赫兹波通信与光信息处理的技术领域。
【背景技术】
[0002]光子晶体作为一种新型的光学功能材料，已受到了广泛的关注。人们正试图利用光子晶体的特殊性质，开发出更多的光学元器件，其中光子晶体调制器就是研宄的热点之一。而太赫兹波(100GHz — 1THz)是频谱上的最后一段空白，将其应用于未来的无线通信领域，以解决高速率、超宽带无线接入问题是必然的趋势。将光子晶体调制器的调制波段迀移到THz波段，就很好地满足了现代无线移动通信的宽频带要求。
[0003]根据调制机理的不同，光子晶体太赫兹波调制器主要分为以下两类:光子带隙型和缺陷模型。其中光子带隙型太赫兹波调制器是利用光子带隙的改变来实现对太赫兹波的断、通调制；而缺陷模型太赫兹波调制器是利用光子晶体的缺陷模迀移(或消失)来实现对太赫兹波的断、通调制。并且缺陷模型太赫兹波调制器比光子带隙型太赫兹波调制器的调制性能更好。
[0004]垂直磁控的磁控等离子体光子晶体太赫兹波调制器具有以下优势:调制器性能好，可同时实现缺陷模迀移型以及消失型太赫兹波调制器，调制器的插入损耗低；消光比可以达到很高。调制器的稳定性和可靠性强，并且调制器体积很小，易于光电集成。
[0005]缺陷模变化型的光子晶体太赫兹波调制器是通过在光子晶体的点缺陷处引入磁控材料锑化铟实现的。外加磁场于点缺陷处在X—Z平面内沿Z方向入射，磁性材料锑化铟在磁场下形成磁化等离子体，随着控制外加磁场的有无，其折射率将发生变化，光子晶体中谐振腔内的缺陷模在特定频段内将发生迀移或消失，从而控制所传播赫兹波的通、断，实现把信号加载到太赫兹波上。
【发明内容】
[0006]技术问题:本发明目的是提供一种垂直磁控等离子体光子晶体太赫兹波调制器及调制方法，其采用磁控的方法，可以同时实现缺陷模迀移以及消失型太赫兹波调制器，具有很好的调制性能，且为缺陷模变化型，从而大大减小了调制器的插入损耗，消光比也得到了很大的改善。
[0007]技术方案:为了适应高速、超宽带太赫兹波通信系统的发展，使太赫兹波调制器能同时实现缺陷模迀移以及缺陷模消失型调制，具有低插损和高消光比的性能，我们提出了一种新型的垂直磁控等离子体光子晶体太赫兹波调制器，使其工作在太赫兹波段，更具实际的应用价值。传统的光子晶体太赫兹波调制器均是基于光控或者电控的方式，运用带隙迀移原理来实现太赫兹波的调制，其插入损耗大，消光比很小，性能参数不理想。而已研宄出的基于光子晶体的太赫兹波调制器也仅能运用缺陷模迀移或者消失原理来实现太赫兹波的调制，调制性能单一且插入损耗，消光比等性能参数亦不理想，限制了其在高速太赫兹波通信系统中的应用；我们采用基于二维三角晶格的点、线缺陷组合结构，并在中心点缺陷处填充磁控锑化铟材料，得以同时实现缺陷模迀移型以及消失型、基于二维三角晶格光子晶体的磁控太赫兹波调制器，消光比分别高达20.36dB和33.61dB，插入损耗低达0.08dB和
0.36dB，调制性能良好。
[0008]本发明的一种垂直磁控等离子体光子晶体太赫兹波调制器包括二维三角晶格结构硅光子晶体、波导区、点缺陷谐振腔；其中，二维三角晶格结构光子晶体是沿X— Z平面周期性分布的介质柱型硅光子晶体；在二维三角晶格结构硅光子晶体的两端引入对称的线缺陷构成波导区，然后在中心处采用磁控可调谐材料锑化铟构造圆形介质柱，形成点缺陷谐振腔，太赫兹波沿X方向从波导区的左端输入，波导区的右端输出；外加磁场在X—Z平面内沿Z方向入射到圆形点缺陷谐振腔上，其方向与太赫兹波传输方向垂直。
[0009]所述外加磁场由通电螺线管提供。
[0010]信号光是一束太赫兹波沿X方向从波导区左端输入，波导区右端输出，外加磁场由通电螺线管提供，在X— Z平面内沿着Z方向入射到圆形点缺陷谐振腔上，其方向与太赫兹波传输方向垂直。
[0011]本发明提出的垂直磁控等离子体光子晶体太赫兹波调制器的调制方法是:随着控制外加磁场的有无，磁性材料锑化铟在磁场下形成磁化等离子体，其折射率将发生变化，光子晶体中谐振腔内的缺陷模在特定频段内将发生迀移或消失，从而控制所传播太赫兹波的通、断，实现把信号加载到太赫兹波上。
[0012]有益效果:本发明提出的一种垂直磁控等离子体光子晶体太赫兹波调制器，尤其是一种可同时实现缺陷模迀移以及消失型调制的光子晶体太赫兹波调制器。此调制器在二维三角晶格、介质柱型硅光子晶体中，将线缺陷波导区和圆形点缺陷可调谐振腔相结合，其中波导区提供了太赫兹波在光子晶体中的有效传输路径，填充磁控可调谐材料锑化铟构造的点缺陷谐振腔起着快速高效地谐振和选频作用。更重要的是，只需引入单个点缺陷，就可同时实现缺陷模迀移以及消失型调制，大大改善了调制性能。并且由于点缺陷填充了磁控可调谐材料，其折射率在磁场的控制下将发生明显变化且具有色散特性，使得调制器的调制性能好，性能参数优，满足了未来高速率、超宽带太赫兹波通信系统的需求。
【附图说明】
[0013]图1为本发明光子晶体太赫兹波调制器的结构图，图中有:二维三角晶格结构光子晶体1、波导区2、点缺陷谐振腔3。
[0014]图2a为无外加磁场情况下，缺陷模消失型调制器中缺陷模的频谱图，
[0015]图2b为有无外加磁场情况下，缺陷模消失型调制器中缺陷模的频谱图。
[0016]图3a为无无外加磁场情况下，缺陷模迀移型调制器中缺陷模的频谱图，
[0017]图3b为有无外加磁场情况下，缺陷模迀移型调制器中缺陷模的频谱图。
[0018]图4a为缺陷模消失型调制器“通”状态的示意图，
[0019]图4b为缺陷模消失型调制器“断”状态的示意图，
[0020]图5a为缺陷模迀移型调制器“通”状态的示意图，
[0021]图5b为缺陷模迀移型调制器“断”状态的示意图。
【具体实施方式】
[0022]该垂直磁控等离子体光子晶体太赫兹波调制器包括二维三角晶格结构光子晶体1、波导区2、点缺陷谐振腔3 ;其中，二维三角晶格结构光子晶体I是沿X— Z平面周期性分布的介质柱型硅光子晶体。在其两端引入对称的线缺陷构成波导区2，在二维三角晶格结构光子晶体I的中心采用磁控可调谐材料锑化铟构造圆形介质柱，形成点缺陷谐振腔3，太赫兹波沿X方向从波导区2的左端输入，波导区2的右端输出；外加磁场在X— Z平面内沿Z方向入射到圆形点缺陷谐振腔3上。
[0023]波导区2是由移去了二维三角晶格光子晶体中对称分布的两排圆形硅介质柱构成的线缺陷组成，两线缺陷不相通，与谐振腔沿直线排列。
[0024]太赫兹波载频分别为1.983THz和3.25THz (对应波长为151.3 μ m和92.33 μ m)，外加磁场由通电螺线管提供。
[0025]本发明提供的垂直磁控等离子体光子晶体太赫兹波调制器由二维三角晶格光子晶体1