[发明专利]光子晶体三端口环行器

说明书

【技术领域】

本发明涉及一种光子晶体三端口环行器，特别涉及一种介质-空气柱型光子 晶体三端口环行器。

【背景技术】

现代全光信息处理技术的日益发展，为实现光路集成芯片奠定了坚实基础。 1987年E.Yablonovitch和S.John等学者提出光子晶体的概念，随后光子晶体得到 不断深入研究，被认为是最有潜力实现新一代全光集成芯片的光子器件之一。 光子晶体是一种介电常数在空间呈周期排列的新型人工材料，如同半导体材料 对电子的操纵一样，它能够实现对光子的控制与操作。经过二十几年的发展， 光子晶体在设计及其制作方面取得很大进展，如基于光子晶体结构的高性能反 射镜、高效率光波导、超窄带滤波器、高单色激光器、快速全光开关等各种光 子器件。光子晶体器件性能优越、尺寸小，并且容易与半导体中的硅基材料集 成，在全光信息网络中具有重要应用价值。

近年来，光子晶体逻辑器件是一个备受瞩目的研究热点，它极有可能在不 久将来取代目前正广泛使用的电子逻辑器件。基于“与”、“或”、“非”、“异或”等 光子晶体逻辑功能器件已经被成功设计研究，它们具有结构紧凑、运算速度快、 并行操作简单等优点，是实现全光逻辑运算的基本元件。目前人们正在积极探 索光子晶体比较器、光子晶体A/D(D/A)转换器、光子晶体脉冲发生器等更复杂 的逻辑光路搭建工作及其优化。随着逻辑器件集成度的增加，光路中器件之间 的相互干扰问题逐渐突出，如果解决不好，则设计光路的整体性能将大大降低， 严重情况下甚至无法完成正常的逻辑功能。针对此问题，以非互易性为特点的 磁光环行器是一种非常有效的解决手段，它能够实现对正方向光信号的低损耗 传输和对反方向光信号的高度隔离，有助于减少光路串扰，提高信号的稳定传 输，从而确保集成光路系统的正常工作。然而，由于传统磁光环行器主要是基 于磁光材料的块材结构，所以导致其体积较大，不适宜与光子晶体器件集成。

【发明内容】

本发明的目的就是为了解决现有技术中磁光环行器存在的体积较大，不适 宜与光子晶体器件集成等技术问题，本发明提供一种光子晶体三端口环行器。

本发明的具体技术方案如下：

本发明提供一种光子晶体三端口环行器，其包括介质背景材料和多个第一 空气柱，多个第一空气柱在该介质背景材料中呈三角晶格对称排列，还包括一 磁光腔和三个波导，该磁光腔位于该光子晶体三端口环行器的中心位置，所述 的三个波导以该磁光腔为中心对称旋转分布；所述的每一波导都包括一波导端 口，每一波导端口都位于每一波导的远离该磁光腔的位置，该光子晶体三端口 环行器对从一波导端口入射的光进行单方向环行传输。

每一波导都包括一波导端口，每一波导端口都位于每一波导的远离该磁光 腔的位置，根据该磁光腔的旋光效应，该光子晶体三端口环行器对从一波导端 口入射的光进行单方向环行传输。

所述的磁光腔包括一磁光材料柱和六个分布在该磁光材料柱周围的第一空 气柱，该磁光材料柱是由向位于该光子晶体三端口环行器的中心位置的第一空 气柱填充磁光材料并施加与空气柱轴线平行方向(z轴)的磁场形成。

所述的三个波导汇聚于磁光腔中心，三个波导两两之间呈120度的夹角， 每个波导都是由介质背景材料填充位于同一列上第一空气柱形成。

所述的光子晶体三端口环行器进一步包括六个第二空气柱，每两个第二空 气柱设置在每一个波导的邻近该磁光腔的位置，该第二空气柱的直径小于所述 的第一空气柱的直径。

所述的光子晶体三端口环行器进一步包括多个第三空气柱和多个第四空气 柱，多个第三空气柱和多个第四空气柱按直径递增的顺序依次设置在邻近磁光 腔的每两个波导之间的位置，该第三空气柱的直径大于所述的第一空气柱的直 径。

设光的入射功率为1，所述的波导对应的光功率超过0.9代表该波导处于光 传输状态，波导对应的光功率低于0.05则代表该波导处于光隔离状态。

相较于现有技术，本发明所述的光子晶体三端口环行器的主要有益效果在 于：