专利名称：光子晶体磁光环行器及其制备方法
光子晶体磁光环行器及其制备方法技术领域
本发明属于光子晶体集成器件技术领域，涉及一种二维光子晶体“T”形三端口、 “十”字形四端口磁光环行器及其制造方法。
背景技术：
磁光环行器是集成光学中消减光信号串扰和提高元件集成度的关键器件。磁光环 行器利用磁光材料特有的非互异性质，可以在通道之间实现光信号的单方向环行传输，达 到防止信号反射、消除信号串扰、确保光路系统正常运作的目的，是集成光路中不可缺少的 性能优化元件。
目前，利用光子晶体全光逻辑元件实现不同功能集成的复杂光路正处于热门研究 中，如利用“与”、“或”、“非”、“异或”等光子晶体基本逻辑功能元件构建光子晶体半加器、光 子晶体比较器、光子晶体A/D(D/A)转换器等逻辑光路。光子晶体逻辑集成光路的研发，对 于发展新一代光集成芯片具有潜在应用价值。然而，随着光子晶体集成光路中元件集成度 的增加，元件之间光信号的干扰显著增强，严重情况下光路甚至无法完成正常的逻辑功能。 因此，发展相应的磁光环行器技术成为提高光子晶体集成光路信号稳定传输、保证光路系 统正常工作所需要解决的关键技术问题。
现有的光子晶体逻辑元件基本是在空气衬底-介质柱结构(四角晶格排列)中实 现，[相对于介质衬底-空气柱结构而言，空气衬底-介质柱结构的TE模的带隙深(带隙深 的好处是在同样的性能指标下，所需要的光子晶体的尺寸要小，易于提高集成度)、避免 了 TM模式的干扰，工作特性优异，且结构形态简明，易于设计制作]，而现有的几种光子晶 体环行器基本是在介质衬底-空气柱结构(六角晶格排列)中实现，其应用范围存在一定 局限性。因此，光子晶体磁光环行器研究需要在结构类型、功能应用等方面做进一步拓展， 特别是研发与现有光子晶体逻辑元件相匹配的空气衬底-介质柱结构(四角晶格排列)的 光子晶体磁光环行器。
光子晶体磁光环行器对于大规模光子晶体逻辑元件集成具有重要应用价值，它们 有助于消除光路中信号串扰和光束回流的影响，有利于促进光路中各元件的功能匹配，是 集成光路中不可缺少的抗干扰元件。发明内容
本发明所要解决的技术问题是利用磁光材料的旋光特性设计“T”形三端口、“十” 字形四端口光子晶体磁光环行器及其制造方法，分别实现三端口、四端口间的单方向光环 行传输。
解决本发明技术问题的技术方案是一种光子晶体磁光环行器，其包括空气背景 中的第一介质材料柱，所述光子晶体中的第一介质材料柱呈二维四角晶格排布，每一第一 介质材料柱占据四角晶格的一个晶格，横向或纵向任意相邻两个第一介质材料柱的中心的 距离均为一个晶格常数，所述光子晶体磁光环行器还包括一光子晶体波导，所述光子晶体4波导包括相互交叉连接的横光子晶体波导和纵光子晶体波导，一位于所述横光子晶体波导 和纵光子晶体波导交叉连接处的并起导光作用的第二介质材料柱，四个相同的均勻设置在 第二介质材料柱周围的磁光材料柱、以及至少三个相同的第三介质材料柱，所述第三介质 材料柱分别设置在所述三个磁光材料柱的外侧。
作为本发明的进一步改进，所述相互交叉连接的横光子晶体波导和纵光子晶体波 导组成“T”形光子晶体波导，所述“T”形光子晶体波导包括三个端口，在每一端口方向上均 设置一个位于所述磁光材料柱的外侧的第三介质材料柱，在第四个磁光材料柱的外侧设置 有一个点缺陷空气腔。
作为本发明的进一步改进，所述相互交叉连接的横光子晶体波导和纵光子晶体波 导组成“十”字形光子晶体波导，所述“十”字形光子晶体波导包括四个端口，在每一端口方 向上均设置一个位于所述磁光材料柱的外侧的第三介质材料柱。
所述第一介质材料柱、第二介质材料柱及第三介质材料柱均为硅材料，折射率为 3. 4，所述第一介质材料柱、第二介质材料柱及第三介质材料柱的半径大小不同。
作为本发明的进一步改进，所述横光子晶体波导和纵光子晶体波导由所述光子晶 体中移去一排和一列第一介质材料柱构成，其中，所述“T”形光子晶体波导的横光子晶体波 导的长度为na，纵光子晶体波导的长度为(n-l)a/2，所述“十”字形光子晶体波导的横光子 晶体波导和纵光子晶体波导的长度均为na，a为光子晶体的晶格常数，η为大于等于9的奇 数。
优选地，所述η为9或11或13或15。
作为本发明的进一步改进，所述四个磁光材料柱分布于所述第二介质材料柱的最 邻近的四个晶格位置处，每一磁光材料柱的中心与第二介质材料柱的中心的距离均为一个晶格常数。
作为本发明的进一步改进，所述点缺陷空气腔由移去所述第二介质材料柱上方第 二邻近的晶格位置处的第一介质材料柱所构成。
作为本发明的进一步改进，所述三个第三介质材料柱分布于所述第二介质材料柱 左方、下方和右方第二邻近的三个晶格位置处，每一第三介质材料柱的中心与第二介质材 料柱的中心的距离均为两个晶格常数。
作为本发明的进一步改进，所述四个第三介质材料柱分布于所述第二介质材料柱 的第二邻近的四个晶格位置处，每一第三介质材料柱的中心与第二介质材料柱的中心的距 离均为两个晶格常数。
以及，提供一种光子晶体磁光环行器的制造方法，所述制造方法包括如下步骤
步骤一给定光子晶体磁光环行器的工作波长λ，选取四角晶格排布的二维第一 介质材料柱构建光子晶体，第一介质材料柱的半径保证工作波长处于光子晶体禁带范围 内，如第一介质材料柱的半径与工作波长的比值为rl/λ = 0. 07 ；
步骤二在所述光子晶体中，移去一排和一列第一介质材料柱构成横光子晶体波 导和纵光子晶体波导，并且横光子晶体波导和纵光子晶体波导交叉连接排布构成光子晶体 波导，在光子晶体波导的横光子晶体波导和纵光子晶体波导交点连接处引入一第二介质材 料柱构成导光柱，在所述第二介质材料柱左方、下方和右方最邻近的三个晶格位置处分别 引入一相同的磁光材料柱，移去所述第二介质材料柱上方最邻近的第一介质材料柱并引入一与所述三个磁光材料柱相同的磁光材料柱；
作为本发明制造方法的进一步改进，进一步包括步骤三移去所述第二介质材料 柱上方第二邻近晶格位置处的第一介质材料柱，构成一点缺陷空气腔。
作为本发明制造方法的进一步改进，所述制造方法还包括如下步骤在所述第二 介质材料柱左方、下方和右方第二邻近的三个晶格位置处分别引入一相同的第三介质材料 柱。
作为本发明制造方法的进一步改进，所述制造方法还包括如下步骤在所述第二 介质材料柱左方、下方、右方和上方第二邻近的四个晶格位置处分别引入一相同的第三介 质材料柱。
作为本发明制造方法的进一步改进，第一介质材料柱的半径与工作波长的比值为 r/A = 0. 07。
作为本发明制造方法的进一步改进，通过调整所述第二介质材料柱的半径r2、磁 光材料柱的半和第三介质材料柱的半径1~3来调节磁光环行器在工作波长λ下获得的 工作效率，所述工作效率的尺寸参数是，第二介质材料柱的半径、磁光材料柱的半径和第三 介质材料柱的半径与工作波长的比值分别为巧/λ =0. 125, rm/λ =ο.09*ι·3/λ =0.02。
本发明的有益技术效果在于1.设计空气-衬底介质柱结构(四角晶格排列) 的光子晶体磁光环行器，能够与目前广泛研究的光子晶体逻辑元件实现有效匹配与集成。 2.采用磁光材料柱的耦合结构特性，获得形态简明、结构紧凑的三端口、四端口光子晶体磁 光环行器，为光子晶体逻辑集成光路优化充分提供不同功能与结构的环行器需求。
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
图1为本发明“T”形光子晶体磁光环行器的结构示意图，其中，“T”形光子晶体磁 光环行器为在第二介质材料柱左方、下方和右方第二邻近的三个晶格位置处引入第三介质 材料柱的结构示意图。
图2为本发明“T”形光子晶体磁光环行器的结构示意图，其中，“T”形光子晶体磁 光环行器为在第二介质材料柱左方、下方和右方第二邻近的三个晶格位置处不引入第三介 质材料柱的结构示意图。
图3为本发明“T”形光子晶体磁光环行器的光谱示意图，端口 11为光入射端口， 实线对应端口 12与端口 11入射的光功率比，虚线对应端口 13与端口 11入射的光功率比， 点线对应光反射和损耗总和与端口 11入射的光功率比。
图4为本发明“T”形光子晶体磁光环行器的光谱示意图，端口 12为光入射端口， 实线对应端口 13与端口 12入射的光功率比，虚线对应端口 11与端口 12入射的光功率比， 点线对应光反射和损耗总和与端口 12入射的光功率比。
图5为本发明“T”形光子晶体磁光环行器的光谱示意图，端口 13为光入射端口， 实线对应端口 11与端口 13入射的光功率比，虚线对应端口 12与端口 13入射的光功率比， 点线对应光反射光功率和损耗总和与端口 13入射的光功率比。
图6为本发明“T”形光子晶体磁光环行器的光传输示意图，其中，端口 11为入射 端口，端口 12为出射端口，端口 13为隔离端口。6
图7为本发明“T”形光子晶体磁光环行器的光传输示意图，其中，端口 12为入射 端口，端口 13为出射端口，端口 11为隔离端口。
图8为本发明“T”形光子晶体磁光环行器的光传输示意图，其中，端口 13为入射 端口，端口 11为出射端口，端口 12为隔离端口。
图9为本发明“十”字形光子晶体磁光环行器的结构示意图，其中，“十”字形光子 晶体磁光环行器为在第二介质材料柱第二邻近的四个晶格位置处分别引入一相同第三介 质材料柱的结构示意图。
图10为本发明“十”字形光子晶体磁光环行器的结构示意图，其中，“十”字形光子 晶体磁光环行器为在第二介质材料柱第二邻近的四个晶格位置处不引入第三介质材料柱 的结构示意图。
图11为本发明“十”字形光子晶体磁光环行器的光谱示意图，端口 21为光入射端 口，实线对应端口 22与端口 21入射的光功率比，虚线对应端口 23与端口 21入射的光功率 比，点线对应端口 M与端口 21入射的光功率比，点-虚线对应光反射和损耗总和与端口 21 入射的光功率比。
图12为本发明“十”字形光子晶体磁光环行器的光传输示意图，其中，端口 21为 入射端口，端口 22为出射端口，端口 23和端口 M为隔离端口。
图13为本发明“十”字形光子晶体磁光环行器的光传输示意图，其中，端口 22为 入射端口，端口 23为出射端口，端口 21和端口 M为隔离端口。
图14为本发明“十”字形光子晶体磁光环行器的光传输示意图，其中，端口 23为 入射端口，端口 M为出射端口，端口 21和端口 22为隔离端口。
图15为本发明“十”字形光子晶体磁光环行器的光传输示意图，其中，端口 24为 入射端口，端口 21为出射端口，端口 22和端口 23为隔离端口。
具体实施方式
本发明通过将磁光材料的旋光特性应用于光子晶体中，设计出形态简明、结构紧 凑的“T”形三端口、“十”字形四端口光子晶体磁光环行器，分别实现三端口、四端口间的单 方向光环行传输。
如图1所示，本发明的“T”形三端口光子晶体磁光环行器的结构模型。所述光子 晶体由空气背景中二维的第一介质材料柱构成，其包括一“T”形光子晶体波导，还包括位于 “T”形光子晶体波导交点连接处的并起导光作用的第二介质材料柱以及邻近第二介质材料 柱的四个相同磁光材料柱、一个点缺陷空气腔和三个相同的第三介质材料柱。
所述“T”形光子晶体磁光环行器中可以引入或不引入第三介质材料柱，不引入第 三介质材料柱的结构模型如图2所示，其优化方案是引入第三介质材料柱。
以下以引入第三介质材料柱为实施例。
具体如下，所述光子晶体是由空气背景中二维四角晶格排布(11X11晶格阵列) 的第一介质材料柱01构成，每一第一介质材料柱01占据晶格阵列的一个晶格，横向或纵向 任意相邻两个第一介质材料柱01的中心的距离均为一个晶格常数，标记晶格阵列中第m行 第η列位置处的晶格为(m，n)。所述光子晶体的晶格常数a选取为11. 25mm，所述第一介质 材料柱01的半径为= 2. 1mm，其材料选择为硅材料，折射率为3. 4。在所述光子晶体中移去晶格(6，1)、(6,2), (6,3), (6,4), (6,5), (6,6), (6,7), (6,8), (6,9), (6，10)和(6，11)位置处的第一介质材料柱01构成一横光子晶体波导，再移去晶格(7，6)、(8,6)、(9,6)、 (10,6)和(11，6)位置处的第一介质材料柱01构成一纵光子晶体波导，上述横光子晶体波 导和纵光子晶体波导呈“T”形排布构成一 “T”形光子晶体波导。
在所述光子晶体中晶格(6，6)位置，即“T”形光子晶体波导的横光子晶体波导和 纵光子晶体波导交点连接处引入一第二介质材料柱02，即构成光子晶体导光柱。所述第二 介质材料柱02的材料选择为硅材料，折射率为3. 4。在所述光子晶体中三个晶格(6，5)、(7， 6)和(6，7)位置，即第二介质材料柱02左方、下方和右方最邻近的晶格处分别引入一相同 磁光材料柱A、B和C。在所述光子晶体中晶格(5，6)位置，即在第二介质材料柱02上方最 邻近晶格处移去第一介质材料柱01，并引入一与上述相同的磁光材料柱D。所述磁光材料 柱A、B、C和D的材料选择为铁氧体材料，介电常数为12. 9，磁导率张量为μβ0
βμ000Uc
其中k =-8.48，其中k = -8. 48，μ = -7，施加在四个磁光材料柱的外加磁场方向为沿磁光材料 柱的轴线方向。
在所述光子晶体中晶格(4，6)位置，即在所述第二介质材料柱02上方第二邻近晶 格位置处移去第一介质材料柱01，构成一点缺陷空气腔04。
在所述光子晶体中三个晶格(6，4)、(8，6)和(6，8)位置，即第二介质材料柱02左 方、下方和右方第二邻近的晶格处分别引入一相同第三介质材料柱03。所述第三介质材料 柱03的材料选择为硅材料，折射率为3. 4。
所述“Τ”形光子晶体磁光环行器包括三个端口，即第一端口 11、第二端口 12和第 三端口 13。
进一步地，对所述“Τ”形光子晶体环行器的结构参数进行优化设置光从第一端 口 11入射，分别在第二端口 12和第三端口 13设置光探测点得到相应端口的光透射功率， 并在第一端口 11设置光探测点得到该端口的光反射功率。通过优化所述第二介质材料柱 02、磁光材料柱和第三介质材料柱03的半径，获得“Τ”形光子晶体环行器最佳工作效率的 光谱图如图3所示。在图3中，实线和虚线分别代表不同频率下第二端口 12和第三端口 13 与第一端口 11入射的光功率比，点线代表光反射和损耗总和与第一端口 11入射的光功率 比。图3表明，该“Τ”形光子晶体环行器的最佳工作频率为IOGHz(工作波长λ = 30mm), 第二端口 12与第一端口 11入射的光功率比为-0. 223dB，第三端口 13与第一端口 11入射 的光功率比为-18. 2dB，光反射和损耗总和与第一端口 11入射的光功率比为-14. 6dB。相 应地，优化的第二介质材料柱02的半径r2、磁光材料柱的半径rm和第三介质材料柱03的 半径 r3 分别为 Γ2/λ =0. 125，rm/X = 0. 09 和 r3/λ =0.02。
设置光从第二端口 12入射，分别在第三端口 13和第一端口 11设置光探测点得到 相应端口的光透射功率，并在第二端口 12设置光探测点得到该端口的光反射功率。在上述 优化的第二介质材料柱02、磁光材料柱和第三介质材料柱03的结构参数下，获得“Τ”形光 子晶体环行器最佳工作效率的光谱图如图4所示。在图4中，实线和虚线分别代表不同频 率下第三端口 13和第一端口 11与第二端口 12入射的光功率比，点线代表光反射和损耗总和与第二端口 12入射的光功率比。图4表明，该“T”形光子晶体环行器的最佳工作频率为 10GHz，第三端口 13与第二端口 12入射的光功率比为-0. 223dB，第一端口 11与第二端口 12 入射的光功率比为-30dB，光反射和损耗总和与第二端口 12入射的光功率比为-13. ldB。
设置光从第三端口 13入射，分别在第一端口 11和第二端口 12设置光探测点得到 相应端口的光透射功率，并在第三端口 13设置光探测点得到该端口的光反射功率。在上述 优化的第二介质材料柱02、磁光材料柱和第三介质材料柱03的结构参数下，获得“T”形光 子晶体环行器最佳工作效率的光谱图如图5所示。在图5中，实线和虚线分别代表不同频 率下第一端口 11和第二端口 12与第三端口 13入射的光功率比，点线代表光反射和损耗总 和与第三端口 13入射的光功率比。图5表明，该“T”形光子晶体环行器的最佳工作频率为 10GHz，第一端口 11与第三端口 13入射的光功率比为-0. 177dB，第二端口 12与第三端口 13 入射的光功率比为-23. OdB，光反射和损耗总和与第三端口 13入射的光功率比为-14. 6dB。
根据上述优化结果检验“Τ”形光子晶体环行器的工作性能
参照图6，频率为IOGHz的光从第一端口 11入射，最后光经过90度角旋转后从第 二端口 12输出，第二端口 12与第一端口 11入射的光功率比为-0. 223dB，其中光子晶体中 晶格(6，幻和(7，6)位置处的两个磁光材料柱A和B分别对光实现45度角旋转。第三端 口 13处于光隔离状态，其与第一端口 11入射的光功率比为-18. 2dB。相应地，光反射和损 耗总和与第一端口 11入射的光功率比为-14. 6dB。
参照图7，频率为IOGHz的光从第二端口 12入射，最后光经过90度角旋转后从第 三端口 13输出，第三端口 13与第二端口 12入射的光功率比为-0. 223dB，其中光子晶体中 晶格(7，6)和(6，7)位置处的两个磁光材料柱B和C分别对光实现45度角旋转。第一端 口 11处于光隔离状态，其与第二端口 12入射的光功率比为-30dB。相应地，光反射和损耗 总和与第二端口 12入射的光功率比为-13. ldB。
参照图8，频率为IOGHz的光从第三端口 13入射，光子晶体中晶格(6，7)和(5，6) 位置处的两个磁光材料柱C和D将光上载到光子晶体点缺陷空气腔04，然后晶格(5，6)和 (6，5)位置处的两个磁光材料柱D和A将光从光子晶体点缺陷空气腔04下载，最后从第一 端口 11输出，第一端口 11与第三端口 13入射的光功率比为-0. 177dB，其中第二端口 12处 于光隔离状态，其与第三端口 13入射的光功率比为-23. OdB。相应地，光反射和损耗总和与 第三端口 13入射的光功率比为-14. 6dB。
该“T”形光子晶体磁光环行器实现三端口间的单方向光环行传输，即三端口中从 任意一端口输入的光会按照同一旋转方向从相邻下一端口输出。
本发明的“十”字形四端口光子晶体磁光环行器的结构模型如图9所示，所述光 子晶体由空气背景中二维的第一介质材料柱构成，其包括一“十”字形光子晶体波导，位于 “十”字形光子晶体波导交点连接处的起作导光作用的第二介质材料柱以及邻近第二介质 材料柱的四个相同磁光材料柱和四个相同第三介质材料柱。
上述“十”字形光子晶体磁光环行器中可以引入或不引入第三介质材料柱，不引入 第三介质材料柱的结构模型如图10所示，其优化方案是引入第三介质材料柱。
以下以引入第三介质材料柱为实施例。
具体如下，所述光子晶体是由空气背景中二维四角晶格排布(11X11晶格阵列) 的第一介质材料柱01构成，每一第一介质材料柱01占据晶格阵列的一个晶格，横向或纵向9任意相邻两个第一介质材料柱01的中心的距离均为一个晶格常数，标记晶格阵列中第m行 第η列位置处的晶格为(m，n)。所述光子晶体的晶格常数选取为11. 25mm，所述第一介质材 料柱01的半径为T1 = 2. 1mm，其材料选择为硅材料，折射率为3.4。在所述光子晶体中移 去晶格(6，1)、(6,2), (6,3), (6,4), (6,5), (6,6), (6,7), (6,8), (6,9), (6，10)和(6，11) 位置处的第一介质材料柱01构成一横光子晶体波导，然后移去晶格(1，6)、(2,6), (3,6), 0，6)、(5，6)、(7，6)、(8，6)、(9，6)、(10，6)和(11，6)位置处的第一介质材料柱 01 构成一 纵光子晶体波导，所述横光子晶体波导和纵光子晶体波导呈“十”字形排布构成一“十”字 形光子晶体波导。
在所述光子晶体中晶格(6，6)位置，即“十”字形光子晶体波导的横光子晶体波导 和纵光子晶体波导交点连接处引入一第二介质材料柱02，即构成光子晶体导光柱。所述第 二介质材料柱02的材料选择为硅材料，折射率为3. 4。在光子晶体中四个晶格(6，5)、(7， 6),(6,7)和(5，6)，即第二介质材料柱02最邻近的四个晶格位置处分别引入一相同磁光材 料柱E、F、G和H。所述磁光材料柱E、F、G和H的材料选择为铁氧体材料，介电常数为12. 9， 磁导率张量为
权利要求
1.一种光子晶体磁光环行器，其包括空气背景中的第一介质材料柱，所述光子晶体中 的第一介质材料柱呈二维四角晶格排布，每一第一介质材料柱占据四角晶格的一个晶格， 横向或纵向任意相邻两个第一介质材料柱的中心的距离均为一个晶格常数，其特征在于 所述光子晶体磁光环行器还包括一光子晶体波导，所述光子晶体波导包括相互交叉连接的横光子晶体波导和纵光子晶 体波导；一位于所述横光子晶体波导和纵光子晶体波导交叉连接处的并起导光作用的第二介 质材料柱；四个相同的均勻设置在第二介质材料柱周围的磁光材料柱；以及至少三个相同的第三介质材料柱，所述第三介质材料柱分别设置在所述三个磁光 材料柱的外侧。
2.如权利要求1所述的光子晶体磁光环行器，其特征在于所述相互交叉连接的横光 子晶体波导和纵光子晶体波导组成“T”形光子晶体波导，所述“T”形光子晶体波导包括三 个端口，在每一端口方向上均设置一个位于所述磁光材料柱的外侧的第三介质材料柱，在 第四个磁光材料柱的外侧设置有一个点缺陷空气腔。
3.如权利要求1所述的光子晶体磁光环行器，其特征在于所述相互交叉连接的横光 子晶体波导和纵光子晶体波导组成“十”字形光子晶体波导，所述“十”字形光子晶体波导 包括四个端口，在每一端口方向上均设置一个位于所述磁光材料柱的外侧的第三介质材料 柱。
4.如权利要求1所述的光子晶体磁光环行器，其特征在于所述第一介质材料柱、第二 介质材料柱及第三介质材料柱均为硅材料，折射率为3. 4，所述第一介质材料柱、第二介质 材料柱及第三介质材料柱的半径大小不同。
5.如权利要求2所述的光子晶体磁光环行器，其特征在于所述横光子晶体波导和纵 光子晶体波导由所述光子晶体中移去一排和一列第一介质材料柱构成，其中，所述“T”形光 子晶体波导的横光子晶体波导的长度为na，纵光子晶体波导的长度为(n-l)a/2，a为光子 晶体的晶格常数，所述η为9或11或13或15。
6.如权利要求3所述的光子晶体磁光环行器，其特征在于所述横光子晶体波导和纵 光子晶体波导由所述光子晶体中移去一排和一列第一介质材料柱构成，其中，所述“十”字 形光子晶体波导的横光子晶体波导和纵光子晶体波导的长度均为na，a为光子晶体的晶格 常数，所述η为9或11或13或15。
7.如权利要求1所述的光子晶体磁光环行器，其特征在于所述四个磁光材料柱分布 于所述第二介质材料柱的最邻近的四个晶格位置处，每一磁光材料柱的中心与第二介质材 料柱的中心的距离均为一个晶格常数。
8.如权利要求2所述的光子晶体磁光环行器，其特征在于所述点缺陷空气腔由移去 所述第二介质材料柱上方第二邻近的晶格位置处的第一介质材料柱所构成。
9.如权利要求2所述的光子晶体磁光环行器，其特征在于所述三个第三介质材料柱 分布于所述第二介质材料柱左方、下方和右方第二邻近的三个晶格位置处，每一第三介质 材料柱的中心与第二介质材料柱的中心的距离均为两个晶格常数。
10.如权利要求3所述的光子晶体磁光环行器，其特征在于所述四个第三介质材料柱分布于所述第二介质材料柱的第二邻近的四个晶格位置处，每一第三介质材料柱的中心与 第二介质材料柱的中心的距离均为两个晶格常数。
11.一种光子晶体磁光环行器的制造方法，其特征在于所述制造方法包括如下步骤步骤一给定光子晶体磁光环行器的工作波长λ，选取四角晶格排布的二维第一介质材料柱构建光子晶体，第一介质材料柱的半径保证工作波长处于光子晶体禁带范围内；步骤二 在所述光子晶体中，移去一排和一列第一介质材料柱构成横光子晶体波导和 纵光子晶体波导，并且横光子晶体波导和纵光子晶体波导交叉连接排布，在光子晶体波导 的横光子晶体波导和纵光子晶体波导交点连接处引入一第二介质材料柱构成导光柱，在所 述第二介质材料柱左方、下方和右方最邻近的三个晶格位置处分别引入一相同的磁光材料 柱，移去所述第二介质材料柱上方最邻近的第一介质材料柱并引入一与所述三个磁光材料 柱相同的磁光材料柱。
12.如权利要求11所述的光子晶体磁光环行器的制造方法，其特征在于进一步包括 步骤三移去所述第二介质材料柱上方第二邻近晶格位置处的第一介质材料柱，构成一点 缺陷空气腔；在所述第二介质材料柱左方、下方和右方第二邻近的三个晶格位置处分别引 入一相同的第三介质材料柱。
13.如权利要求11所述的光子晶体磁光环行器的制造方法，其特征在于所述制造方 法还包括如下步骤在所述第二介质材料柱左方、下方、右方和上方第二邻近的四个晶格位 置处分别引入一相同的第三介质材料柱。
14.如权利要求11所述的光子晶体磁光环行器的制造方法，其特征在于第一介质材 料柱的半径与工作波长的比值为Α/ λ =0. 07。
15.如权利要求12或13所述的光子晶体磁光环行器的制造方法，其特征在于通过 调整所述第二介质材料柱的半径r2、磁光材料柱的半径rm和第三介质材料柱的半径r3来 调节磁光环行器在工作波长λ下获得的工作效率，所述工作效率的尺寸参数是，第二介质 材料柱的半径、磁光材料柱的半径和第三介质材料柱的半径与工作波长的比值分别为巧/ λ =0. 125，rj λ =0. 09 和 r3/ λ =0. 02。
全文摘要
本发明涉及一种光子晶体磁光环行器，其包括空气背景中的第一介质材料柱，所述第一介质材料柱呈二维四角晶格排布，所述光子晶体磁光环行器还包括一光子晶体波导，所述光子晶体波导包括相互交叉的横光子晶体波导和纵光子晶体波导，一位于所述横光子晶体波导和纵光子晶体波导交叉连接处的并起导光作用的第二介质材料柱，四个相同的均匀设置在第二介质材料柱周围的磁光材料柱、以及至少三个相同的第三介质材料柱，所述第三介质材料柱分别设置在所述三个磁光材料柱的外侧。本发明光子晶体磁光环行器分别能够实现“T”形三端口、“十”字形四端口间的单方向光环行传输，且具有形态简明、结构紧凑的特点，适合作为光子晶体集成光路中的抗干扰元件。
文档编号G02B6/122GK102043261SQ20101054265
公开日2011年5月4日 申请日期2010年11月12日 优先权日2010年8月31日
发明者欧阳征标, 王琼 申请人:欧阳征标, 深圳大学