一种引入三角引导柱的宽频带三端口光环行器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于微型环行器技术领域，具体涉及一种引入三角柱引导多个耦合的磁光 材料柱的三端口光子晶体磁光环行器。
【背景技术】
[0002] 随着科技与经济技术发展要求，大规模集成光路系统受到人们广泛关注和研究。 在光路中，集成度的增加将导致元件之间信号的干扰显著增强，干扰严重情况下，光路甚至 无法完成正常的逻辑功能。
[0003] 对于光器件微型化、集成化方面，光子晶体具有明显优势。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。利用这种带隙效应，在光子晶体中引入缺陷就能实现对光子的 操控，就如在半导体材料中对电子的操控一样。光子晶体器件具有许多传统光学器件无法 比拟的特性，如设计灵活、尺寸小、性能优越、易于集成等。近些年，在光子晶体结构中引入 磁光材料来实现各类微型磁光环行器，对于环行器的功能丰富、性能优化、结构扩展等方面 具有重要应用价值。
[0004] 现有的几类三端口光子晶体磁光环行器，无论是基于空气衬底-介质柱型还是基 于介质衬底-空气柱型结构，人们一般仅利用单个磁光腔或者是单个磁光材料柱来实现电 磁波传播方向的非互易性偏转，它们在工作性能方面存在一定局限性。因此，三端口环行器 研究需要在结构类型、功能应用等方面做进一步改进与拓展，特别是研发高隔离度、低插入 损耗的宽频带光子晶体磁光环行器。
【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，实现信号在器件中三端口间的单方向光环行传输，获得性能优良的宽频带三端口光 环行器。
[0006] 本发明的目的通过下述技术方案予以实现。
[0007] 本发明的引入三角引导柱的宽频带三端口光环行器包括低折射率背景介质中的 第一介质材料柱阵列所构成的光子晶体，所述光子晶体为二维三角晶格光子晶体，每一个 第一介质材料柱占据三角晶格的一个晶格；所述三端口光环行器还包括三个光子晶体分 支波导和三个端口，所述三个光子晶体分支波导分别对应三个端口，该三个端口分别分布 于光子晶体外围端面；所述三个光子晶体分支波导中心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周围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分支波导的交叉中心的周围，且每个磁光材料柱位于其所在 分支波导的中轴线上，电磁波信号从任意一端口输入，将从相邻的下一端口输出，另一端口 为隔离状态以进行单方向光环行传输；所述环行器主体为低折射率背景介质中的一个二维 "Y"形光子晶体波，所述"Y"形光子晶体波导由三角晶格排布的二维第一介质材料柱构成。
[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I. 5的 介质材料。
[0009] 所述第一介质材料柱的横截面为圆形、正三角形，或者正多边形；所述第一介质材 料柱的材料为硅、砷化镓、二氧化钛、氮化镓，或者折射率大于2的介质材料。
[0010] 所述三个光子晶体分支波导为"Y"形光子晶体波导。
[0011] 所述三个光子晶体分支波导由光子晶体中分别沿水平负方向、与水平成-60° 角方向和与水平成60°角方向移去若干个第一介质材料柱，并将位于60°与和180°之 间外侧的光子晶体整体沿120°轴向外平移距离b，将位于180°和300°之间外侧的光 子晶体整体沿240°轴向外平移距离b，将位于-60°和60°之间外侧的光子晶体整体沿 0°轴向右平移距离b，构成三个交叉呈120°角旋转对称分布的光子晶体分支波导，所述 b - λ/3ο. / 3 〇
[0012] 所述三个光子晶体分支波导的长度为na,宽度为(V3 + l)a，所述a为光子晶体的 晶格常数，η为大于等于4的整数。
[0013] 所述第二介质材料柱为光子晶体引导柱，其中心与三个顶点的连线分别沿水平负 方向、与水平成-60°角方向和与水平成60°角方向。
[0014] 所述第二介质材料柱的横截面为正三角形；所述第二介质材料柱的材料为硅、砷 化镓、二氧化钛、氮化镓，或者折射率大于2的介质材料。
[0015] 所述三个磁光材料柱为铁氧体材料，其横截面为圆形。
[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。它与现有技术相比，具有如下积极效果。
[0017] 1.利用磁光材料的非互易特性，实现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，是集成光路中 不可缺少的功能优化器件。
[0018] 2.引入三角引导柱有效地耦合多个磁光材料柱，设计出性能优良的宽频带三端口 光子晶体磁光环行器，实现信号在器件中三端口间的单方向光环行传输功能。
[0019] 3.具有高隔离度、低插入损耗、工作频带宽的特点，为光子晶体逻辑集成光路优化 充分提供优良功能的环行器需求。
[0020] 4.设计空气衬底-介质柱结构的光子晶体磁光环行器，具有形态简明、结构紧凑、 制备方便，能够与目前广泛应用的光子晶体器件实现有效匹配与集成。
【附图说明】
[0021] 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的阐述。
[0022] 图1为本发明引入三角引导柱的宽频带三端口光环行器的结构示意图。
[0023] 图中：空气背景01第一介质材料柱02第二介质材料柱03磁光材料柱A磁光材料 柱B磁光材料柱C第一端口 11第二端口 12第三端口 13分支波导宽度w
[0024] 图2为本发明引入三角引导柱的宽频带三端口光环行器的计算曲线例图。
[0025] 图3为本发明引入三角引导柱的宽频带三端口光环行器第一种的光传输示意图。
[0026] 图4为本发明引入三角引导柱的宽频带三端口光子晶体环行器的第二种光传输 示意图。
[0027] 图5为本发明引入三角引导柱的宽频带三端口光环行器的第三种光传输示意图。
【具体实施方式】
[0028] 如图1所示，为本发明引入三角引导柱