[发明专利]光波单向高透射传输的复合格点光子晶体异质结构

说明书

本发明涉及光量子通讯及量子计算领域，公开了一种光波单向高透射传输的复合格点光子晶体异质结构，包括以异质结界面为界的第一光子晶体结构PC和第二光子晶体结构PC，第一光子晶体PC包括二氧化硅基底，二氧化硅基底上设置有多个第一硅柱，第一硅柱沿光束入射方向呈正方形晶格状周期性排列，第一硅柱外侧设置有刻蚀形成的第一环形孔；第二光子晶体PC包括硅基底，硅基底上设置有多个第二硅柱，第二硅柱沿光束入射方向呈正方形晶格状排列，第二硅柱外侧设置有刻蚀形成的第二环形孔，第一环形孔和第二环形孔内填充物质为空气，异质结界面与光束入射方向的夹角为45°。本发明可用于实现单向高透射率光波的传输。

技术领域

本发明涉及光量子通讯及量子计算领域，具体是一种可以实现光波单向高透射传输的环形光子晶体异质结构，该结构的优势是能够实现超高正向透射率。

背景技术

单向光传输器件是允许正向传输光通过,截止反向传输光的实现非对称光传输的无源器件。光量子计算与通信的发展对单向光传输器件提出了更高的要求，高透射成为单向传输器件所需要具备的重要条件。

2013年Yucel (Yucel M B, Cicek A, Ulug B. Polarization-independentunidirectional light transmission by an annular photonic crystal prism[J].Photonics and Nanostructures - Fundamentals and Applications, 2013, 11(3):270-278.)设计了一种硅衬底四方晶格阵列的环形空隙，在1550nm波段实现了光波的单向传输，正向透射率0.42。

2015 年费宏明等 (李琳, 费宏明, 刘欣, et al. 基于全反射的二维光子晶体异质结的光波单向传输研究[J]. 山西大学学报（自然科学版）, 2015, 38(1).)构造了全反射异质界面的二维光子晶体，在1560nm处正向透射率可达0.5。

2018年刘丹小组 (Liu D, Hu S, Gao Y. Polarization-independent one-waytransmission by silicon annular photonic crystal antireflection structures[J]. Optics Communications, 2018, 420:127-132.) 构造了环形硅光子晶体异质结构，在频率为0.43 a/λ处达到0.45的正向透射率，实现了单向传输。

发明内容

本发明针对于现有的实现光波单向传输的光子晶体异质结构透射率较低，提出了一种光波单向高透射传输的复合格点光子晶体异质结构，可实现超高正向透射率，为设计高透射率光子晶体单向传输器件开拓了一条全新思路。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种光波单向高透射传输的复合格点光子晶体异质结构，其特征在于，包括以异质结界面为界的第一光子晶体结构PC1和第二光子晶体结构PC2，所述第一光子晶体PC1包括二氧化硅基底，所述二氧化硅基底上设置有多个第一硅柱，所述第一硅柱沿光束入射方向呈正方形晶格状周期性排列，所述第一硅柱外侧设置有刻蚀形成的第一环形孔，所述第一环形孔内填充物质为空气；所述第二光子晶体PC2包括硅基底，所述硅基底上设置有多个第二硅柱，所述第二硅柱沿光束入射方向呈正方形晶格状排列，所述第二硅柱外侧设置有刻蚀形成的第二环形孔，所述第二环形孔内填充物质为空气，所述异质结界面与光束入射方向的夹角为45°。

所述第一光子晶体的晶格常数与第二光子晶体的晶格常数均为660nm。

所述第一硅柱和第二硅柱与所述异质结界面沿光束入射方向的最小距离等于晶格常数。

所述第一环形孔的内径和外径的取值范围分别为56~76nm和181~201nm，所述第二环形孔的内径和外径的取值范围分别为102~122nm和254~274nm。