[发明专利]光子晶体波导TM-偏振分离器

说明书

技术领域

    本发明涉及微小光学偏振分离器领域, 尤其涉及一种基于光子晶体技术的微小光学偏振分离器。

背景技术

    传统的偏振分离器体积大, 无法用于光路集成中。以光子晶体为基础可以制作微小的器件, 包括偏振分离器。目前有两种做法：一种是利用一块具有TE禁带和TM导带或TM禁带和TE导带的光子晶体来实现波的偏振分离。这种偏振分离器，由于其透过率和偏振度较差，并且难以集成到其它光子晶体器件中，只能作为单一光子晶体器件使用在传统光学波导中。另一种是通过长程耦合波导，利用波导之间周期性耦合和奇偶态变化的方法，设计不同的相对耦合长度把不同偏振态的光波耦合到不同的波导。通过这两种方法所得到的偏振分离器，虽然其体积比传统的偏振分离器小了很多，但还是显得比较大。 

发明内容

    本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种高效短程便于集成的光子晶体通TM-偏振分离器。

本发明的目的通过下述技术方案予以实现。

本发明的光子晶体波导TM-偏振分离器，包括一个具有完全禁带的光子晶体波导，所述光子晶体波导的输入端输入任意偏振方向的入射波到该偏振分离器后，TM波从该偏振分离器的输出端输出，而TE波从该偏振分离器的输入端反射回去。

所述的光子晶体波导中设置有波导缺陷介质柱，该波导缺陷介质柱中的e光折射率大于o光折射率，且波导缺陷介质柱的光轴与背景介质柱的光轴方向一致。

所述的波导缺陷介质柱数量为1根或2根或3根或4根或5根或6根。

所述的光子晶体波导为二维光子晶体波导，包括碲介质二维光子晶体波导，蜂窝结构二维光子晶体波导，孔状三角晶格二维光子晶体波导，各种非规则形状二维光子晶体波导。

所述的光子晶体波导为所述光子晶体中移除1排或2排或3排或4排介质柱后的结构。

本发明与现有技术相比具有以下的优点：

（1）结构体积小，偏振度高，光传输效率高，适合大规模光路集成；

（2）本发明在短程通过两个点缺陷就可以完全实现偏振分离功能，便于集成而且高效；

（3）本发明应用光子晶体可等比例缩放的特性，通过等比例改变晶格常数的方法，来实现不同波长偏振分束的功能。

附图说明

    图1是本发明使用的Tellurium 光子晶体波导器件结构示意图。

    本器件初始信号光从左方端口“1”入射，端口“2”输出TE光波。“3”为背景碲介质柱，光轴方向垂直纸面向外，其半径为                                                。“4”为圆形缺陷介质柱，光轴方向与背景介质柱相同，其半径为，其位置中心与所删除背景介质柱的各个圆心相同。 

    图2是本发明光子晶体TM-偏振分离器随介质柱大小变化的右通道TM、TE光强分布图。

    图3是本发明光子晶体TM-偏振分离器随介质柱大小变化的右通道TM光消光比。

    图4是本发明光子晶体TM-偏振分离器，波导中的光波随圆形点缺陷大小变化的偏振度。

    图5是本发明光子晶体TM-偏振分离器在禁带频率范围内的消光比。

    图6是本发明光子晶体TM-偏振分离器在禁带频率范围内的偏振度。

    图7是TM分量分布模拟图。

    图8是TE分量分布模拟图。

具体实施方式

 下面结合附图对本发明作进一步的描述。

本发明的原理介绍和具体实施方式中的介质材料均以碲介质柱为例。先在基板上建立以正方晶格排列的正单轴晶体碲阵列，然后在中心位置删除两行或两列以形成波导，TE、TM光都以基模形式传播。背景碲介质柱阵列中的每一个介质柱的e光光轴方向要满足与圆柱体的轴线方向一致。工作波长可以通过介质柱间晶格常数来调节，但工作波长的选取不能超出折射率线性稳定范围。

    如图1所示，本发明所使用的碲介质波导需要删除两行或两列介质柱而形成导光波导，其宽度为，为波导两边介质柱圆心之间的间距，其中为所述的光子晶体的晶格常数。光子晶体中的背景碲介质柱半径。本说明中使用笛卡尔直角坐标系：x轴正方向在纸面内水平向右；y轴正方向在纸面内竖直向上；z轴正方向垂直于纸面向外。

    点缺陷的等效折射率为：