光子晶体太赫兹波调制器由二维三角晶格结构硅光子晶体1、波导区2、点缺陷谐振腔3构成。其中二维三角晶格结构硅光子晶体I是沿X—Z平面呈三角形周期性分布的介质柱型硅光子晶体。介质柱材料为硅，背景材料为空气。波导区2位于光子晶体的两端，由移去了二维三角晶格结构硅光子晶体的两排对称分布的圆形硅介质柱构成的线缺陷(但两线缺陷不相通)组成。在两线缺陷连接处引入点缺陷谐振腔3，点缺陷3内填充磁控可调谐材料锑化铟。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。太赫兹波载频为1.95THz和2.22THz，外加磁场在X— Z平面内沿着X夹角60度方向入射到圆形点缺陷谐振腔3上；外加磁场可以由通电螺线管提供。
[0023]具体参数为:晶格常数a = 55 μ m，圆形介质柱半径r = 11 μ m，左旋、右旋圆偏振缺陷模迀移型调制器中的点缺陷半径A= 10.428 μ m，硅介质柱折射率为3.4，背景材料空气的折射率为1，点缺陷处填充磁性材料锑化铟。锑化铟的折射率定义为N = n-n’，包括实部与虚部两部分，其折射率的大小决定于磁场强度。锑化铟在太赫兹波段内受磁场影响会产生磁化等离子体，其介电张量满足Drude模型，由于磁场施加方向与太赫兹波传输方向平行，太赫兹光在点腔中分裂形成左旋、右旋圆偏振光两束缺陷模，二者的等效介电常数的实部随磁场强度的变化而变化，且虚部为O。当锑化铟处于无磁场状态时，太赫兹波在点腔中并不会发生分裂，此时锑化铟材料的折射率实部为3.8366，虚部为O。随着外加磁场的磁场强度增大到0.8T时，分裂后的左旋圆偏振光对应的有效折射率实部为3.8955，虚部为O ;右旋圆偏振光对应的有效折射率实部为3.301，虚部为O。
[0024]此平行磁控等离子体光子晶体太赫兹波调制器的工作原理如下:线缺陷的引入，实质是为太赫兹波的传输提供了波导，使频率范围落在光子禁带范围内的太赫兹波能够通过线缺陷；点缺陷的引入，实质上是一个太赫兹波谐振腔，它可以对太赫兹波选频，使符合谐振频率(即缺陷模频率)的太赫兹波在缺陷处谐振。因此当使用磁场强度为0.8T的外加磁场时，左旋圆偏振光对应的锑化铟折射率实部为3.8955，虚部为O ;右旋圆偏振光对应的锑化铟折射率实部为3.301，虚部为0，点缺陷中能够谐振的左旋、右旋圆偏振缺陷模的频率分别为1.95THz和2.22THz，此时符合缺陷模频率的太赫兹波均可通过线缺陷并耦合入圆形点缺陷中进行谐振，调制器为“开”状态。当没有外加磁场时，锑化铟的折射率为3.8366，虚部为0，点缺陷处对应的谐振模频率迀移至1.98THz (对应波长为151.4 μπι)，缺陷模的频率发生迀移导致线缺陷的输出端口没有光输出，调制器表现为“关”。
[0025]调制过程如下:当一束频率为1.95ΤΗζ和2.22ΤΗζ的TE模太赫兹波分别从调制器的线缺陷波导区入射时:
[0026](I)在缺陷模迀移型调制器中的圆形点缺陷处的外加磁场强度为0.8Τ时，左旋圆偏振光对应锑化铟的折射率实部为η = 3.8955，虚部η’为O，此时入射光频率为1.95ΤΗζ的左旋圆偏振光能通过调制器，如图3a所示。此时调制器输出的光强约为0.9823，插入损耗为 0.08dBo
[0027](2)在缺陷模迀移型调制器中的圆形点缺陷处的外加磁场强度为OT时，点腔中锑化铟的折射率实部为η = 3.8366，虚部η’为0，此时入射光频率为1.95ΤΗζ的左旋圆偏振光不能通过调制器，如图3b所示。此时调制器输出的光强约为0.0012，插入损耗为29.13dB。
[0028](3)在缺陷模迀移型调制器中的圆形点缺陷处的外加磁场强度为0.8T时，右旋圆偏振光对应锑化铟的折射率实部为η = 3.301，虚部η’为0，此时入射光频率为2.22ΤΗζ的右旋圆偏振光能通过调制器，如图4a所示。此时调制器输出的光强约为0.939，插入损耗为0.27dB0
[0029](4)在缺陷模迀移型调制器中的圆形点缺陷处的外加磁场强度为OT时，点腔中锑化铟的折射率实部为η = 3.8366，虚部η’为0，此时入射光频率为2.22ΤΗζ的右旋圆偏振光不能通过调制器，如图4b所示。此时调制器输出的光强约为0.00676，插入损耗为21.42dB。
【主权项】
1.一种平行磁控等离子体光子晶体太赫兹波调制器，其特征在于该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(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；在二维三角晶格结构硅光子晶体(I)的两端引入对称的线缺陷构成波导区(2)，然后在二维三角晶格结构硅光子晶体(I)的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(3)，太赫兹波沿X夹角60度方向从波导区(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X夹角60度方向施加到圆形点缺陷谐振腔(3)上，其方向与太赫兹波传输方向平行。2.根据权利要求1所述的平行磁控等离子体光子晶体太赫兹波调制器，其特征在于所述外加磁场由通电螺线管提供。3.一种如权利要求1所述的平行磁控等离子体光子晶体太赫兹波调制器的调制方法，其特征在于:在外加磁场下，太赫兹波在填充磁控可调谐材料锑化铟的点缺陷中分裂成左旋以及右旋圆偏振光，通过控制外加磁场的磁场强度，引起左旋、右旋圆偏振光的等效折射率的改变，使得在光子晶体中心点缺陷处谐振的缺陷模发生动态迀移，进而实现对太赫兹波的通、断调制，实现了把信号加载到太赫兹波上。
【专利摘要】本发明是一种平行磁控等离子体光子晶体太赫兹波调制器，其特征在于该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(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(1)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(1)的两端引入对称的线缺陷构成波导区(2)，然后在二维三角晶格结构硅光子晶体(1)的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(3)，太赫兹波沿X夹角60度方向从波导区(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X夹角60度方向施加到圆形点缺陷谐振腔(3)上，其方向与太赫兹波传输方向平行。
【IPC分类】G02F1/09
【公开号】CN104965319
【申请号】CN201510359310
【发明人】陈鹤鸣, 周雯, 季珂
【申请人】南京邮电大学
【公开日】2015年10月7日
【申请日】2015年6月25日