[发明专利]基于磁光子晶体的四通道太赫兹波选路开关

说明书

本发明公开了一种基于磁光子晶体的四通道太赫兹波选路开关，在完整的具有TE模禁带的光子晶体中间横排移除部分介质柱形成输入波导，在光子晶体纵向上且在输入波导上下端对称地移除部分介质柱形成四路输出波导，四路输出波导与输入波导之间分别保留奇数个介质柱，保留的奇数个介质柱的中心介质柱替换为磁性点缺陷介质柱，磁性点缺陷介质柱与周边的介质柱形成磁性点缺陷微腔；输入波导输入太赫兹波，控制施加到选路开关的外加磁场大小，当某个磁性点缺陷微腔的共振频率与入射太赫兹波的频率相同时，入射波便可耦合到相应的输出波导中输出。本发明具有速度快、体积小、易于集成的特点。且有四个通道，可以实现入射波从任一输出通道输出。

技术领域

本发明涉及太赫兹器件领域，具体涉及一种基于磁光子晶体的四通道太赫兹波选路开关。

背景技术

太赫兹波(THz波)是指介于微波和红外光之间的波，其波长范围是30-3000μm。由于其特殊的光谱位置以及具有安全性好、分辨本领高、透射性好等优点，使得THz技术在物体成像、医疗诊断、环境监测、宽带移动通讯、雷达和天文学等领域受到人们广泛的重视。与无线通信相比，太赫兹波占据的频谱资源更加丰富，因此发展THz通信尤为重要。近年来掀起了一个研究太赫兹通信系统及器件的热潮，其中THz波开关是THz技术应用必不可少的组成部分，成为研究热点。

近几年来，国内外学者对THz波开关进行了大量的研究和探索，包括利用二氧化钒薄膜相变实现THz波开关、利用超材料的吸收特性实现THz波开关、利用克尔介质的吸收特性实现THz波开关、通过改变液晶的折射率实现THz波开关、利用硅波导中的交叉相位调制实现THz波开关、在光子晶体结构中利用禁带特性实现THz波开关。其中基于光子晶体的THz波开关具有结构简单、反应灵敏、易于集成等优势。在现有的THz波技术方案中，只能控制最多3端口的开和关，难以满足多路系统的需要。

磁光子晶体是用磁光材料代替光子晶体结构中的部分普通电介质材料，这种晶体既具有光子晶体的性质，又具有磁光材料的磁光效应。在太赫兹波段对铁氧体材料的电磁性质及其应用的研究表明，铁氧体磁光子晶体在太赫兹波段不仅传输损耗低，又可以通过磁场进行很好的控制，利用磁光子晶体这一独特的性质，可望实现THz波选路开关功能。选路开关是使得输入的信号从某一个特定端口输出的器件。

发明内容

为解决现有技术中的不足，本发明提供一种基于磁光子晶体的四通道太赫兹波选路开关，解决了开关端口少的问题。

为了实现上述目标，本发明采用如下技术方案：一种基于磁光子晶体的四通道太赫兹波选路开关，其特征在于：在完整的具有TE模禁带的光子晶体中间横排移除部分介质柱形成输入波导，在光子晶体纵向上且在输入波导上下端对称地移除部分介质柱形成四路输出波导，四路输出波导与输入波导之间分别保留奇数个介质柱，保留的奇数个介质柱的中心介质柱替换为磁性点缺陷介质柱，磁性点缺陷介质柱与周边的介质柱形成磁性点缺陷微腔；输入波导输入太赫兹波，控制施加到选路开关的外加磁场大小，当某个磁性点缺陷微腔的共振频率与入射太赫兹波的频率相同时，入射波便可耦合到相应的输出波导中输出。

前述的一种基于磁光子晶体的四通道太赫兹波选路开关，其特征是：所述奇数个介质柱个数最大为5。

前述的一种基于磁光子晶体的四通道太赫兹波选路开关，其特征是：所述磁性点缺陷介质柱为材料为铁氧体。

前述的一种基于磁光子晶体的四通道太赫兹波选路开关，其特征是：所述磁性点缺陷介质柱的半径不同。

前述的一种基于磁光子晶体的四通道太赫兹波选路开关，其特征是：所述外加磁场的大小由加载在电磁铁上的电流大小控制，施加的外磁场方向沿介质柱的轴向。

前述的一种基于磁光子晶体的四通道太赫兹波选路开关，其特征是：所述选路开关从各个通道输出时，所需要施加的外磁场大小不同。