[发明专利]一种基于变换介质的光子晶体弯折波导结构

说明书

本发明涉及一种基于变换介质的光子晶体弯折波导结构，包括周边设有外围隔离层(PEC)的光子晶体直角波导，其特征在于所述光子晶体直角波导由光子晶体波导区域(ABEF)、变换光子晶体波导1区域(ABC’)和变换光子晶体波导2区域(AC’D’)构成，其中：所述变换光子晶体波导1区域(ABC’)和变换光子晶体波导2区域(AC’D’)分别为背景介质的三角区域，所述光子晶体波导区域(ABEF)变换到背景介质的三角区域，由此构成光子晶体波导弯折空间区域。本发明通过采用变换介质与二维光子晶体复合的结构来控制光波传输的低损耗直角光波导，可使光波在弯折处低损耗甚至无损耗传输且适用于弯折角度较大的情况下使用。

技术领域

本发明属于一种光学元器件技术领域，特别是涉及一种基于变换介质的光子晶体弯折波导结构。

背景技术

在现代集成光路系统中，光波导结构是不可缺少的光子传输线结构，而弯折光波导结构可以有效地控制光波沿不同路径的传输。光子晶体是由不同折射率的介质周期性排列而成的人工微结构，电磁波在其中传播时由于布拉格散射，电磁波会受到调制而形成能带结构，这种能带结构叫做光子能带。光子能带之间可能出现带隙，即光子带隙。由于带隙中没有任何态存在，频率落在带隙中的电磁波被禁止传播。通过在完整的二维光子晶体中引入缺陷，破坏光子禁带，引入缺陷态，可用来制作二维光子晶体功能器件。若在完整的二维光子晶体中引入线缺陷即去掉数排介质柱，那么相应频率的电磁波就只能在这个线缺陷中传播，离开线缺陷就会迅速衰减，可以通过在二维光子晶体中引入线缺陷来制作光子晶体波导。

变换介质是通过基于空间变换来重新设计原背景介质的电磁参数，使得重新设计的变换介质引导光波沿所需要的变换空间传输。利用光子晶体与变换光学原理重新设计弯折波导结构，这与传统的介质波导采用全反射来控制光波的横向传输机理是不同的。光子晶体波导的优势在于当波导发生弯折时，其依然可以实现低损耗传输，从而克服了传统介质波导或光纤在弯折处损耗较大的特点。但纯光子晶体波导在弯折处的结构需要进行特殊设计，特别是弯折角度较大的时候，这种设计相当困难。

目前，光子晶体弯折波导仅限于在一维或二维结构上的设计，只有在弯折角度相对较小时才能达到低损耗传输的要求。因此，如何克服现有技术存在的不足已成为光学元器件技术领域亟待解决的重点难题之一。

发明内容

本发明的目的是为克服现有技术存在的不足而提供一种基于变换介质的光子晶体弯折波导结构，本发明通过采用变换介质与二维光子晶体复合的结构来控制光波传输的低损耗直角光波导，可使光波在弯折处低损耗甚至无损耗传输且适用于弯折角度较大的情况下使用。

根据本发明提出的一种基于变换介质的光子晶体弯折波导结构，包括光子晶体直角波导、外围隔离层(PEC)，该光子晶体直角波导的周边设置有外围隔离层(PEC)，其特征在于，所述光子晶体直角波导由光子晶体波导区域(ABEF)、变换光子晶体波导1区域(ABC’)和变换光子晶体波导2区域(AC’D’)构成，其中：所述变换光子晶体波导1区域(ABC’)和变换光子晶体波导2区域(AC’D’)分别为背景介质的三角区域，所述光子晶体波导区域(ABEF)变换到背景介质的三角区域，由此构成光子晶体波导弯折空间区域。