[发明专利]基于光自旋轨道耦合和法拉第效应的隔离器

说明书

本发明提供了一种基于光自旋轨道耦合和法拉第效应的隔离器，包括：光纤偏振控制器、微纳光学波导、磁光材料微腔。该隔离器为对称结构，通过利用磁光材料微腔中光的自旋轨道耦合，结合磁光材料中的法拉第旋光效应，实现可集成的全磁光材料光隔离器。

技术领域

本发明属于光学微腔波导耦合领域，尤其是一种基于光自旋轨道耦合和法拉第效应的隔离器领域。

背景技术

光学隔离器是一种非常重要的非互易器件，在经典和量子信息处理中具有重要意义。传统的光学隔离器主要利用磁光晶体中的法拉第旋光效应，但是对于一般的磁光材料其法拉第效应通常不强，这使得传统的光隔离器不易于器件集成化。

利用光学微腔高品质因子特性可以用来解决光隔离器器件小型化的问题。但是由于光学微腔的对称性，基于传统的法拉第效应的光隔离器无法在均匀磁场和材料下实现。因此，现有的在光学微腔上实现光学隔离器是利用非对称结构或者非均匀磁场。然而在此情形下要实现良好的光隔离器需要克服磁光材料与半导体材料间不匹配问题，加工成本较高，生产效率较低，可扩展性较差。

最近，在微纳光学结构中发现的现象--光的自旋轨道耦合，即光的偏振(自旋)会与光的轨道相互影响。这种自旋轨道耦合能打破光学微腔的对称性，从而为在均匀材料光学微腔实现光隔离提供新的方案基础，在滤波，光源保护，磁场测量等方面得到应用。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明提供了一种利用微腔中光的自旋轨道耦合，结合磁光材料中的法拉第旋光效应，实现可集成基于光自旋轨道耦合和法拉第效应的隔离器。

(二)技术方案

本发明提供了一种基于光自旋轨道耦合和法拉第效应的隔离器，包括：光纤偏振控制器、微纳光学波导、磁光材料微腔。所述基于光自旋轨道耦合和法拉第效应的隔离器为对称结构，其中两个端口作为输入端与两个光纤偏振控制器相连接，两个光纤偏振控制器与微纳光学波导相连接，微纳光学波导与磁光材料微腔紧密贴合。

其中，磁光材料微腔所使用的材料为高法拉第旋光系数和较低光学损耗的磁光材料，以钇铁石榴石Y₃Fe₅O₁₂为例，磁光材料微腔所使用材料的法拉第系数需高于220°/厘米，光学吸收系数在1310nm波段需低于0.05/厘米。

磁光材料微腔的结构还可以是微球腔(microsphere)，微型环芯腔(microtoroid)等边界有曲率的微腔。所述基于光自旋轨道耦合和法拉第效应的隔离器外部需施加静磁场，垂直于磁光材料微腔的赤道面，且磁场强度需使得磁光材料达到饱和，以起到隔离作用。

优选的，为得到较好的隔离效果，可以将微纳光学波导紧密贴合在磁光材料微腔的高方位角处。

优选的，还可以对磁光材料微腔的表面进行处理以提高其品质因子，也可以达到提高光隔离的效果。

优选的，还可以选择更高法拉第旋光系数的磁光材料微腔也可以达到提高光隔离的效果。(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：

(1)相比一般隔离器，该器件为全磁光材料结构，便于加工，且结构微小，可以减少加工成本。其光学微腔与波导耦合结构可以是片上，便于集成。

(2)基于光的自旋轨道耦合结合法拉第效应产生的非互异效果这类体系可以扩展到其他系统，包括金刚石NV色心，离子掺杂晶体等。

附图说明

图1为光学隔离器系统示意图；

图2为球腔与光学波导系统示意图；

图3为光学微球腔中光的自旋轨道耦合示意图。

具体实施方式