基于光子晶体波导的太赫兹偏振分束器

1.本实用新型涉及光学器件的技术领域，具体为一种基于光子晶体波导的太赫兹偏振分束器。


背景技术：

2.随着人类通信需求的不断增长，通信频段不断被占用，使得通信频段资源变得非常紧张，而太赫兹波是电磁波谱中唯一待全面开发的频谱资源，因此太赫兹波也成为人们当前主要研究开发的频谱资源。
3.太赫兹波的开发建立在太赫兹器件的研究上，例如太赫兹金属波导、等离子波导、光子晶体波导、光子晶体光纤等不同类型的太赫兹波导器件。由于太赫兹波段光子晶体比光波段更容易制作，又比微波波段更便于集成，因此为控制太赫兹波提供了一种崭新的方法和思路，使得各种基于光子晶体的太赫兹器件涌现，例如太赫兹波分束器、太赫兹波功分器、太赫兹波调制器、太赫兹波开关和太赫兹滤波器等。
4.但是，现有很多太赫兹器件照搬光学器件的结构，而太赫兹波与光学的应用原理不同，因此导致太赫兹器件无法工作；同时现有太赫兹器件基于光子晶体的光子带隙性质进行工作，而产生光子带隙需要较高的折射率差，使得太赫兹器件材料选择受到更多限制。


技术实现要素：

5.本实用新型意在提供一种基于光子晶体波导的太赫兹偏振分束器，能够降低太赫兹器件的材料限制，以及简化器件结构，降低制造难度。
6.本实用新型提供如下基础方案：
7.基于光子晶体波导的太赫兹偏振分束器，包括阵列分布的光子晶体，以及在光子晶体中形成的光子晶体波导，光子晶体波导的一端为输入端，另一端为输出端，光子晶体波导不为直线，光子晶体包括自准直晶体，所述输入端位于所有自准直晶体的轴心连线的延长线上，轴心连线远离输入端的一端为另一输出端。
8.基础方案的有益效果：输入端与两输出端分别构成传输通道，输入端输入信号波，此时信号波包括tm波和te波，由于te波无法自准直传输，受光子晶体波导的限制，从光子晶体波导的一端输出。而tm波由于自准直效应，从与输入端平直的传输通道输出，即tm波的传输路线为所有自准直晶体的轴心连线以及向输入端延伸的延长线。基于自准直效应实现对tm波和te波的分离，从而达到偏振分束的目的。
9.由于本技术利用光子晶体的自准直效应控制太赫兹波的传输，不需要产生光子带隙，降低对太赫兹器件材料的限制，可选用折射率差较小的材料进行制作。同时，与现有太赫兹器件需要设置缺陷实现相应功能相比，本技术基于光子晶体的异常色散特性，通过自准直效应代替波导传输，不需要设置缺陷，便可实现tm波的准直传输，简化器件结构，降低太赫兹器件的制造难度。
10.进一步，光子晶体的晶体结构包括三角晶格或正方晶格。有益效果：与其他晶体结
构相比，三角晶格和正方晶格的设置，容易制造缺陷，形成光子晶体波导。
11.进一步，光子晶体波导包括依次连通的输入波导、弯折波导和输出波导，输入波导和输出波导的延长线互相垂直，弯折波导为弧线或直角。有益效果：通过弯折波导的弯折程度控制光子晶体波导，从而控制te波的传输路线，即通过改变弯折波导便可实现对光子晶体波导输出端进行调节。
12.进一步，光子晶体还包括背景晶体，背景晶体与自准直晶体的半径不同。
13.进一步，背景晶体的半径为0.4
ɑ
；自准直晶体的半径为0.21
ɑ
，
ɑ
为晶格常数。有益效果：以此设计，达到最佳偏振分束效果。
14.进一步，光子晶体为介质柱或空气孔。有益效果：根据具体需求选择光子晶体的适宜结构。
15.进一步，介质柱的材料包括碲、硅、特氟龙或高密度聚乙烯。有益效果：特氟龙与高密度聚乙烯对太赫兹波吸收较小，在传输过程中能够降低传输损耗。同时，特氟龙与高密度聚乙烯的介电常数相对较小，形成光子晶体带隙较困难，与高阻硅、砷化镓相比，更适用于自准直效应的产生。
16.进一步，还包括基板，光子晶体设于基板上，基板的材料包括特氟龙或高密度聚乙烯。有益效果：特氟龙与高密度聚乙烯对太赫兹波吸收较小，在传输过程中能够降低传输损耗。
17.进一步，光子晶体为介质柱，还包括基板，介质柱设于基板的上表面，基板与介质柱的材料包括碲、硅、特氟龙或高密度聚乙烯。有益效果：特氟龙与高密度聚乙烯对太赫兹波吸收较小，在传输过程中能够降低传输损耗。同时，特氟龙与高密度聚乙烯的介电常数相对较小，形成光子晶体带隙较困难，与高阻硅、砷化镓相比，更适用于自准直效应的产生。
附图说明
18.图1为本实用新型基于光子晶体波导的太赫兹偏振分束器实施例一的结构示意图；
19.图2为本实用新型基于光子晶体波导的太赫兹偏振分束器实施例一的te与tm模能带图；
20.图3为本实用新型基于光子晶体波导的太赫兹偏振分束器实施例二的结构示意图。
具体实施方式
21.下面通过具体实施方式进一步详细说明：
22.说明书附图中的附图标记包括：基板1、输入端2、第一输出端301、第二输出端302、背景晶体4、自准直晶体5。
23.实施例
24.基于光子晶体波导的太赫兹偏振分束器，如附图1所示，包括基板1、阵列分布的光子晶体。光子晶体设于基板1上，光子晶体为介质柱或空气孔，当光子晶体为介质柱时，此时介质柱设于基板1的上表面，当光子晶体为空气孔时，此时空气孔开设于基板1的上表面，在本实施例中，光子晶体为介质柱。基板1和介质柱的材料包括碲、硅、特氟龙或高密度聚乙
烯，在本实施例中，材料选用碲。光子晶体的晶体结构包括三角晶格或正方晶格，在本实施例，光子晶体的晶体结构为正方晶格。
25.还包括在光子晶体中形成的光子晶体波导，光子晶体波导的一端为输入端2，另一端为输出端。本方案中具有两个输出端，为区分两者分别定义为第一输出端301和第二输出端302，因此光子晶体波导的另一端为第一输出端301。光子晶体波导不为直线，具体的，光子晶体波导包括依次连通的输入波导、弯折波导和输出波导，输入波导远离弯折波导的一端为输入端2，输出波导远离弯折波导的一端为第一输出端301，输入波导和输出波导的延长线互相垂直，弯折波导为弧线段或直角段。在本实施例中，弯折波导为直角段。
26.光子晶体包括背景晶体4和自准直晶体5，背景晶体4与自准直晶体5的半径不同，具体的，背景晶体4的半径大于自准直晶体5的半径，具体的，背景晶体4的半径为0.4
ɑ
；自准直晶体5的半径为0.21
ɑ
，
ɑ
为晶格常数，即相邻光子晶体之间的距离，根据工作频率
ɑ
的取值不同。在本实施例中，工作频率为2.85thz，对应
ɑ
取值为40微米，因此背景晶体4的半径为16微米，自准直晶体5的半径为8.4微米，在此条件下，te与tm模能带图如图2所示。输入端2位于所有自准直晶体5的轴心连线的延长线上，轴心连线远离输入端2的一端为另一输出端，即为第二输出端302。
27.在本实施例中，介质柱采用13
×
13的阵列分布，在光子晶体中形成的光子晶体波导，具体的，设置介质柱时，未设置第七行从左至右的前七个介质柱，未设置第七列从上至下的后六个介质柱，未设置介质柱的区域构成光子晶体波导。由于光子晶体包括自准直晶体5和背景晶体4，设置介质柱时，第七行剩余的介质柱设置为自准直晶体5，其余均为背景晶体4，第七行所在区域构成传输通道。
28.当输入端2输入tm波和te波，tm波和te波沿光子晶体波导的平直部分传输，当传输至自准直晶体5时，由于te波无法自准直传输，受光子晶体波导的限制，沿光子晶体波导的竖直部分传输，从第一输出端301输出。而tm波由于自准直效应，沿自准直晶体5的轴心连线方向传输，从第二输出端302输出，由此达到偏振分束的目的。
29.采用本方案，利用光子晶体的自准直效应控制太赫兹波的传输，不需要产生光子带隙，降低对太赫兹器件材料的限制，可选用折射率差较小的材料进行制作。同时，与现有太赫兹器件需要设置缺陷实现相应功能相比，本方案基于光子晶体的异常色散特性，通过自准直效应代替波导传输，不需要设置缺陷，便可实现tm波的准直传输，简化器件结构，降低太赫兹器件的制造难度。
30.实施例二
31.本实施例与实施例一的不同之处在于：本实施例中，弯折波导为弧线段，具体的，如附图3所示，设置介质柱时，还未设置第八行从左至右第六介质柱，同时第六行从左至右后七个介质柱、第七行从左至右后七个介质柱和第八行从左至右后六个介质柱均设置自准直晶体5，其余均为背景晶体4。
32.由此，实现弧线段的设置，通过弧线段能够降低光子晶体弯折波导的传输损耗，提高其电磁波传输效率。
33.以上所述的仅是本实用新型的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前实用新型所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常
规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本技术给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本技术的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本实用新型的保护范围，这些都不会影响本实用新型实施的效果和专利的实用性。本技术要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。