[发明专利]光子晶体的自准直光束的分束器与分束方法

说明书

技术领域

本发明涉及电磁波的能量分束器，特别是一种基于光子晶体的自准直光束的分束器与分束方法。

背景技术

本发明的原理是基于光子晶体的能带理论。1987年，E.Yablonovitch(Phys.Rev.Lett.58，p.2059，1987)和S.John(Phys.Rev.Lett.58，p.2059，1987)分别提出了光子晶体的概念，它是通过传统的晶体的概念类比而来的。通过解周期性排列的介质材料的电磁波的麦克斯韦方程，可以得到电磁波的波矢与能量之间的关系，即能带结构。光子晶体一个最重要的特性就是可以对光子的灵活控制。它对光子的控制主要有两种情况：一种是能带结构显示光子晶体有带隙时，处于带隙频率的光子不能在完美的光子晶体内传播，如果在光子晶体内引入线缺陷，可以使光局域在线缺陷内，从而作为光波导并灵活的控制光的传播方向。另一种是入射光的频率不在禁带内，光可以在光子晶体内传播，其传播特性由能带结构决定。2000年，日本科学家Notomi全面系统的阐述了光在光子晶体内传播特性(Phys.Rev.B 62，p.10696，2000)，指出传播方向由群速度V_g＝_kω(k)决定。通过第一布里渊区各个方向上波矢的计算，得到波矢与频率之间关系的色散图，并把波矢空间相同频率的点连成一系列等频线，如图3，因为等频线的梯度就是群速度，所以从等频线的形状，可以推测出群速度的方向，从而判断不同情况下光的传播特性，如超棱镜，负折射还是自准直的传播。在等频线为直线的位置对应的群速度方向一致，即自准直传播。也就是一定的频率范围和一定角度范围的光在光子晶体内会直线传播，而不会发散(如图4)。

为了实现对自准直的光束，在完好的光子晶体内引入线缺陷，通过调节线缺陷柱子的大小和间距，实现光束的两束分离(如图5)或者三束分离(如图6)。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于光子晶体的自准直光束的分束器与分束方法，其是通过引入线缺陷，调节线缺陷结构，实现电磁波的分束。

本发明采用的技术方案是：

本发明一种基于光子晶体的自准直光束的分束器，其特征在于，包括：

一衬底；

一介质材料层，该介质材料层制作在衬底上，该介质材料层是二维周期性排列的介质柱子阵列、或金属柱子阵列构成光子晶体；

在柱子阵列构成的光子晶体内的一夹角方向引入线缺陷。

其中所述的光子晶体内的一夹角的角度大于0度，小于90度。

其中所述的二维周期性排列是指阵列中任何相邻的三个柱子的中心的连线构成等腰直角三角形的四方晶格，或构成等边三角形的三角晶格。

其中所述的线缺陷中的一排或几排柱子是指其大小和间距发生变化。

其中所述的介质材料层为硅，二氧化硅、氧化铝、砷化镓、磷化铟或者金属。

本发明一种基于光子晶体的自准直光束的分束器，其特征在于，包括：

一衬底；

一介质材料，该介质材料层制作在衬底上，该介质材料层是三维周期性排列的介质、或金属构成光子晶体，该介质、或金属为球体或多边体；

在晶体内的一夹角方向引入线缺陷。

其中所述的光子晶体上的夹角的角度大于0度，小于90度。

其中所述的线缺陷中的一排或几排介质、或金属是指其大小和间距发生变化。

其中所述的介质材料层为硅，二氧化硅、氧化铝、砷化镓、磷化铟或者金属。

本发明一种基于光子晶体的自准直光束的分束方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)入射电磁波1在光子晶体内满足自准直传播特性；

(2)与线缺陷相互作用；

(3)分成向前传播的光束，向右传播的光束和向左传播的光束。

其中所述的光子晶体为二维或者三维光子晶体结构。

本发明具有以下优点：

可以从器件的任意部位耦合，这是基于光子晶体的自准直光束的特点；

可以实现分束效率的调节，实现两束或者三束分离；

原理简单，可以广泛的应用光子集成。

附图说明：

为进一步说明本发明的具体技术内容，以下结合实施例及附图详细说明如后，其中：

图1是本发明介质材料中由柱子阵列构成的二维光子晶体的自准直光束的分束器的结构示意图；

图2是图1的剖视图；