[0055] 磁控二选一光路开关，一般通过以下方法实现:在偏置磁场下，将光子晶体的光子 禁带和光子局域特性与磁光介质的旋磁特性相结合，利用法拉第旋转效应，使光旋转所需 要的角度，由两个端口中的任一个端口输出，即端口 1选择与端口 2和端口4相连接。从而使 端口输出的光的强度会发生变化，实现了光开关的作用。
[0056] 通过数值扫描计算得到，d2 = 0.3a，d3 = 0.2817a，d5 = 1.2997a，归一化光波频率f = 0.4121，相对介电常数ε:= 12.9,光信号从端口 2输出最大值，且从端口 4输出最小。当偏 置磁场方向改变时，Ho和Ms的符号改变，使光信号的环形方向应改变。因此，光信号从端口 4 输出最大值，且从端口 2输出最小。
[0057]当在硅介质柱阵列波导中引入上述缺陷后，入射信号端口位于图1所示左方端口 1 的位置，该端口 1处为TE光信号。光信号在以硅介质柱5的介质柱阵列形成的波导中传播，TE 光信号到达缺陷介质柱7的缺陷位置后，TE光信号将全部通过，最后TE光信号将在输出端口 2位置输出；TE光信号在输出端口3和4位置几乎没有输出。同时，在波导中插入损失很小。此 时端口 2为导通状态，端口3和4处于关闭状态。当偏置磁场方向改变时，入射信号端口位于 图1所示左方端口 1的位置，该端口 1处为TE光信号。光信号在以硅介质柱5的介质柱阵列形 成的波导中传播，TE光信号到达缺陷介质柱7的缺陷位置后，TE光信号将全部通过，最后TE 光信号将在输出端口 4位置输出；TE光信号在输出端口 2和3位置几乎没有输出。同时，在波 导中插入损失很小。此时端口 4为导通状态，端口 2和3处于关闭状态。
[0058]对于晶格常数和工作波长的选取，可以采用以下方式确定。通过公式
[0060] 其中以及本发明中正方晶格硅结构的的归一化禁带频率范围
[0061] fn_=〇. 3150~0.4548 (8)
[0062] 计算出相应的禁带波长范围为：
[0063] λ = 2· 1987a ~3.1746a (9)
[0064] 由此可见在不考虑色散或材质色散变化很小的情况下，可以通过改变晶格常数a 的值得到与其等比例的满足波长范围的λ值。工作波长可以在不考虑色散或色散可忽略的 情况下通过介质柱间晶格常数来调节。
[0065] 如图4所示，通过控制电压，得到光功率输出波形，其中0~^时段磁场为-Η，从端 口 2输出；t>ti时段磁场为Η，从端口 4输出。开关上升时间Tr和下降时间Tf取决于磁场的变 化速度。
[0066]光开关的参数：
[0067] (1)开关上升时间、下降时间（该结构的开关上升时间、下降时间决定于磁场的变 化速度，这样可以获得快速开关过程，一般仅需lus的开关时间。）参照图4。
[0068] (2)开关对比度定义为：
[0069] 对于端口 2导通：101 〇 g (导通时端口 2的输出功率/断开时端口 2的输出功率）= 101og(Pjf/P^)
[0070] 对于端口 4导通：1010 g (导通时端口 4的输出功率/断开时端口 4的输出功率）= 101og(P开/P关)，参照图 5(a)。
[0071] (3)隔离度定义为：
[0072] 隔离度=101 og(输入功率/隔离端输出功率）=101 og(Ρλ/^1)，参照图5(b)。
[0073] 通过图5(a)可知，在归一化光波频率coa/23TC = 0.4121时，其开关对比度可达到 48dB〇
[0074] 通过图5(b)可知，端口 2、3隔离度分别可达到48dB，46dB，其性能相比其他光开关 具有明显优势。
[0075] 实施例1
[0076] 本实施例中，在不考虑色散或材质色散变化很小的情况下，通过等比例改变晶格 常数的方法，可以实现不同波长磁控二选一光路开关的功能。令参数a = 6.1772 X 10_3 [m]， d2 = 0.3a，d3 = 0.2817a，d5 = 1.2997a，y = 9·6125，ρ = 0· 7792,归一化光波频率 c〇a/2Jic = 0.4121，其他参数不变，使其对应到20GHz的光波。参照图5(a)，通过仿真计算得到在禁带光 波频率范围内的开关对比度;参照图5(b)，在禁带光波频率范围内的开关隔离度，该结构具 有高对比度、高隔离度的磁控二选一光路开关，从而实现了光开关功能。
[0077] 实施例2
[0078] 本实施例中，在不考虑色散或材质色散变化很小的情况下，通过等比例改变晶格 常数的方法，可以实现不同波长磁控二选一光路开关的功能。令参数a = 4.1181 X 10_3[m]， d2 = 0.3a，d3 = 0.2817a，d5 = 1.2997a，y = 9·6125，ρ = 0· 7792,归一化光波频率 c〇a/2Jic = 0.4121，其他参数不变，使其对应到30GHz的光波。参照图6(a)，通过仿真计算得到在禁带光 波频率范围内的开关对比度，参照图6(b)，在禁带光波频率范围内的开关隔离度。该结构具 有高对比度、高隔离度的磁控二选一光路开关，从而实现了光开关功能。
[0079] 实施例3
[0080]本实施例中，在不考虑色散或材质色散变化很小的情况下，通过等比例改变晶格 常数的方法，可以实现不同波长磁控二选一光路开关的功能。令参数a = 3.0886X10_3[m]， d2 = 0.3a，d3 = 0.2817a，d5 = 1.2997a，y = 9·6125，ρ = 0· 7792,归一化光波频率 c〇a/2Jic = 0.4121，其他参数不变，使其对应到40GHz的光波。参照图7 (a)，通过仿真计算得到在禁带频 率范围内的开关对比度，参照图7(b)，在禁带频率范围内的开关隔离度，通过图7(a)、7(b) 可知，在归一化光波频率ω a/2Jic = 〇. 4121时，由有限元软件C0MS0L进行计算，得到的光场 模拟图，如图8所示。由此可知，TE光分别高效地传播至端口 2和端口4。该结构具有高对比 度、高隔度的磁控二选一光路开关，从而实现了光开关功能。
[0081]以上所述本发明在【具体实施方式】及应用范围均有改进之处，不应当理解为对本发 明限制。
【主权项】
1. 一种基于光子晶体十字波导的磁控二选一光路开关，其特征在于，包括一个具有TE 禁带的光子晶体十字波导;所述光路开关还包括一个输入端（1)、三个输出端(2、3、4)、背景 硅介质柱(5)、等腰直角三角形缺陷介质柱(6)和缺陷介质柱(7)，所述光路开关还包括一个 提供偏置磁场的电磁铁(8);所述光子晶体十字波导的左端为输入端（1)，所述输出端(2、3、 4 )、分别位于光子晶体十字波导的下端、右端、上端;所述缺陷介质柱(7)位于十字波导中心 交叉处;所述4个等腰直角三角形缺陷介质柱(6)分别位于十字波导交叉的四个拐角处;所 述光子晶体波导由端口（1)输入TE光，输出信号从端口（2)或端口（4)输出，即输入端1选择 性地与端口 2或端口 4连接。2. 按照权利要求1所述的基于光子晶体十字波导的磁控二选一光路开关，其特征在于： 所述光路开关进一步包括导线(9)、极性可控电流源（10)和电子开关（11);所述电磁铁(8) 的一端与极性可控电流源（10)的一端相连接;所述电磁铁(8)的另一端通过导线(9)与极性 可控电流源(10)的另一端相连接;所述极性可控电流源(10)与电子开关(11)相连接。3. 按照权利要求1所述的基于光子晶体十字波导的磁控二选一光路开关，其特征在于： 所述光子晶体为二维正方晶格光子晶体。4. 按照权利要求1所述的基于光子晶体十字波导的磁控二选一光路开关，其特征在于： 所述光子晶体由高折射率材料和低折射率材料组成;所述高折射率材料为硅或折射率大于 2的介质;所述低折射率介质为空气或折射率小于1.4的介质。5. 按照权利要求1所述的基于光子晶体十字波导的磁控二选一光路开关，其特征在于： 所述十字波导为光子晶体中移除中间一横排和中间一竖排介质柱后的结构。6. 按照权利要求1所述的基于光子晶体十字波导的磁控二选一光路开关，其特征在于： 所述十字波导交叉拐角处的背景介质柱（5)删除一个角以形成等腰直角三角形缺陷介质 柱，该等腰直角三角形缺陷介质柱(6)为三角柱型。7. 按照权利要求1所述的基于光子晶体十字波导的磁控二选一光路开关，其特征在于： 所述背景硅介质柱(5)的形状为正方形。8. 按照权利要7所述的基于光子晶体十字波导的磁控二选一光路开关，其特征在于:所 述正方形娃介质柱以介质柱轴线z轴方向逆时针旋转41度。9. 按照权利要求1所述的基于光子晶体十字波导的磁控二选一光路开关，其特征在于： 所述缺陷介质柱(7)为铁氧体方柱，其形状为正方形，所述铁氧体方柱的磁导率为各向异 性，且受偏置磁场的控制，偏置磁场方向沿着铁氧体方柱的轴线方向。10. 按照权利要求1所述的基于光子晶体十字波导的磁控二选一光路开关，其特征在 于:所述端口（4)为调制输出端。
【专利摘要】本发明公开了一种基于光子晶体十字波导的磁控二选一光路开关，包括一个具有TE禁带的光子晶体十字波导；光路开关还包括一个输入端(1)、三个输出端(2、3、4)、背景硅介质柱(5)、等腰直角三角形缺陷介质柱(6)和缺陷介质柱(7)，光路开关还包括一个提供偏置磁场的电磁铁；光子晶体十字波导的左端为输入端(1)；输出端(2、3、4)分别位于光子晶体十字波导的下端、右端、上端；缺陷介质柱(7)位于十字波导中心交叉处；光子晶体波导由端口(1)输入TE光，输出信号从端口(2)或端口(4)输出。本发明结构体积小，便于集成，可以短程高效地实现TE载波光信号磁控二选一光路开关。
【IPC分类】G02B6/122, G02B6/125, G02F1/095
【公开号】CN105572918
【申请号】CN201610085961
【发明人】欧阳征标, 吴昌义, 金鑫
【申请人】欧阳征标
【公开日】2016年5月11日
【申请日】2016年2月15日