基于平板光子晶體的高偏振度及高消光比te光開(kāi)關(guān)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于平板光子晶體的高偏振度及高消光比TE光開(kāi)關(guān)。它包括上下兩層平板光子晶體相連的一個(gè)整體；上平板光子晶體為一個(gè)TM禁帶和完全禁帶的第一平板正方晶格光子晶體，第一平板正方晶格光子晶體的元胞由高折射率旋轉(zhuǎn)正方形桿、單個(gè)第一平板介質(zhì)桿和背景介質(zhì)組成，第一平板介質(zhì)桿由高折射率介質(zhì)套管和套管內(nèi)的低折射率介質(zhì)組成，或者由一塊高折射率平板薄膜組成，或者由一塊低折射率介質(zhì)組成；下平板光子晶體為一個(gè)TM完全禁帶的第二正方晶格光子晶體,第二正方晶格光子晶體的元胞由高折射率旋轉(zhuǎn)正方形桿、單個(gè)第二平板介質(zhì)桿和背景介質(zhì)組成；TE光開(kāi)關(guān)頻率為0.453～0.458。本發(fā)明結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了高偏振度及高消光比的TE光開(kāi)關(guān)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】基于平板光子晶體的高偏振度及高消光比TE光開(kāi)關(guān)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高偏振度及高消光比TE光開(kāi)關(guān)，特別涉及一種基于平板光子晶體絕對(duì)禁帶的高偏振度及高消光比TE光開(kāi)關(guān)。

【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，隨著信息時(shí)代的到來(lái)，通信技術(shù)的速度和信息量急劇增大。光通信技術(shù)給信息化時(shí)代插上了翅膀，但目前在節(jié)點(diǎn)和路由的信息處理依舊需要電路實(shí)現(xiàn)，這在速度、容量和功率消耗方面制約了通訊技術(shù)的發(fā)展。采用光子集成光路代替或部分代替集成電路實(shí)現(xiàn)通信路由勢(shì)必成為未來(lái)的發(fā)展方向。
[0003]光子晶體是一種介電材料在空間中呈周期性排列的物質(zhì)結(jié)構(gòu)，通常由兩種或兩種以上具有不同介電常數(shù)材料構(gòu)成的人工晶體。
[0004]因?yàn)榻^對(duì)禁帶中的電磁場(chǎng)模式是完全不能存在的，所以當(dāng)電子能帶與光子晶體絕對(duì)禁帶重疊時(shí)，自發(fā)輻射被抑制。擁有絕對(duì)禁帶的光子晶體可以通過(guò)控制自發(fā)輻射，從而改變場(chǎng)與物質(zhì)的相互作用以及提高光學(xué)器件的性能。
[0005]可調(diào)光子晶體帶隙可以應(yīng)用于信息通訊，顯示和儲(chǔ)存?？梢岳猛獠框?qū)動(dòng)源進(jìn)行高速調(diào)制帶隙變化，這方面已經(jīng)有很多方案提出，諸如:利用鐵磁性材料可以控制磁導(dǎo)率、利用鐵電性材料可以控制介電常數(shù)等。
[0006]目前的光開(kāi)關(guān)多數(shù)利用非線(xiàn)性效應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，而非線(xiàn)性效應(yīng)需要使用高功率的控制光，這勢(shì)必消耗大量的能量，在系統(tǒng)的集成度高，通信用戶(hù)數(shù)量龐大時(shí)，該能量消耗將變得非常巨大。同時(shí)，偏振度的高低將影響信噪比和傳輸速率。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種便于集成的平板光子晶體高偏振度及高消光比TE光開(kāi)關(guān)。
[0008]本發(fā)明的目的是通過(guò)下列技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。
[0009]本發(fā)明的平板光子晶體的高偏振度及高消光比TE光開(kāi)關(guān)，包括上下兩層平板光子晶體相連而成的一個(gè)整體；上平板光子晶體為一個(gè)具有TM禁帶和完全禁帶的第一平板正方晶格光子晶體，所述第一平板正方晶格光子晶體的元胞由高折射率旋轉(zhuǎn)正方形桿、單個(gè)第一平板介質(zhì)桿和背景介質(zhì)組成，所述第一平板介質(zhì)桿沿水平方向布置，所述第一平板介質(zhì)桿使整個(gè)上平板光子晶體成為一個(gè)整體，所述第一平板介質(zhì)桿由高折射率介質(zhì)套管和低折射率介質(zhì)組成，或者由一塊高折射率平板薄膜組成，或者由一塊低折射率介質(zhì)組成；下平板光子晶體為一個(gè)具有TM禁帶和完全禁帶的第二正方晶格光子晶體，所述第二正方晶格光子晶體的元胞由高折射率旋轉(zhuǎn)正方形桿、單個(gè)第二平板介質(zhì)桿和背景介質(zhì)組成，所述第二平板介質(zhì)桿沿水平方向布置，所述第二平板介質(zhì)桿使整個(gè)下平板光子晶體成為一個(gè)整體，所述第二平板介質(zhì)桿為高折射率介質(zhì)桿；所述背景介質(zhì)為低折射率介質(zhì)；所述高偏振度及高消光比TE光開(kāi)關(guān)歸一化工作頻率(a/λ)為0.453?0.458,0.503?0.509或者0.553?0.574，稱(chēng)為工作頻帶。
[0010]所述第一和第二平板光子晶體的高折射率旋轉(zhuǎn)正方形桿的邊長(zhǎng)分別為0.545?0.554a，其旋轉(zhuǎn)角度為23.25°?26.45°和66.75°?68.95° ;所述第一和第二平板光子晶體的第一和第二平板介質(zhì)桿的寬度分別為0.075?0.082a。
[0011]所述第一和第二平板光子晶體的第一平板介質(zhì)桿和第二平板介質(zhì)桿分別距離旋轉(zhuǎn)正方形桿中心同一側(cè)0.2a。
[0012]所述第一平板光子晶體元胞內(nèi)第一介質(zhì)桿中的套管厚度為0-0.004a;所述套管內(nèi)的低折射率介質(zhì)的寬度為所述第一平板介質(zhì)桿的寬度與所述套管的厚度相減。
[0013]所述高折射率介質(zhì)為硅、砷化鎵、二氧化鈦或者折射率大于2的介質(zhì)；所述低折射率介質(zhì)為真空、空氣、冰晶石、二氧化硅、有機(jī)泡沫、橄欖油或者折射率小于1.5的介質(zhì)。
[0014]所述TE光開(kāi)關(guān)，第一平板光子晶體位于光路中，第二平板光子晶體位于光路外的為一種開(kāi)關(guān)狀態(tài)，第二平板光子晶體位于光路中，第一平板光子晶體位于光路外為另一種開(kāi)關(guān)狀態(tài)。
[0015]在頻率范圍0.453?0.458以?xún)?nèi)，所述第二平板光子晶體位于光路中,第一平板光子晶體位于光路外為光路連通狀態(tài)；第一平板光子晶體位于光路中，第二平板光子晶體位于光路外為光路斷開(kāi)狀態(tài)；所述TE光開(kāi)關(guān)的歸一化工作頻率(a/ λ )為0.453?0.458時(shí)，TE偏振消光比為_(kāi)22dB?-23dB，偏振度最高達(dá)100%，工作頻段內(nèi)的TM波被阻止，隔離度為-50dB ?-68dB。
[0016]所述TE光開(kāi)關(guān)的歸一化工作頻率(a/ λ )為0.503?0.509或者0.553?0.574時(shí)，所述第一平板光子晶體位于光路中，第二平板光子晶體位于光路外為光路連通狀態(tài)；第二平板光子晶體位于光路中，第一平板光子晶體位于光路外為光路斷開(kāi)狀態(tài)；所述TE光開(kāi)關(guān)的歸一化工作頻率(a/ λ )為0.503?0.509時(shí)，TE偏振消光比為_(kāi)16dB?_28dB，偏振度最高達(dá)100%，工作頻段內(nèi)的TM波被阻止，隔離度為-16dB?-53dB ;所述TE光開(kāi)關(guān)的歸一化工作頻率(a/ λ )為0.553?0.574時(shí)，TE偏振消光比為_(kāi)16dB?_41dB，偏振度為100%,工作頻段內(nèi)的TM波被阻止，隔離度為-21dB?-62dB。
[0017]所述第一平板光子晶體和第二平板光子晶體在光路中的位置通過(guò)外力調(diào)節(jié)，所述外力包括機(jī)械力、電力和磁力。
[0018]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下積極效果。
[0019]1.光開(kāi)關(guān)是集成光路中必不可缺少的元器件，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的高速運(yùn)行是非常重要的，大帶寬，低能量損耗，高偏振度及高消光比是衡量開(kāi)關(guān)的重要參數(shù)。
[0020]2.通過(guò)調(diào)節(jié)第一平板(上平板)和第二平板(下平板)光子晶體在光路中的位置的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)光開(kāi)關(guān)功能。
[0021]3.本發(fā)明結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了高偏振度及高消光比的TE光開(kāi)關(guān)，從而實(shí)現(xiàn)了高消光比的光開(kāi)關(guān)功能。
[0022]4.便于集成的平板光子晶體具有高偏振度及高消光比的TE光開(kāi)關(guān)。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1 (a)是本發(fā)明TE光開(kāi)關(guān)上平板正方晶格光子晶體的元胞結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖1 (b)是本發(fā)明TE光開(kāi)關(guān)下平板正方晶格光子晶體的元胞結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖2 (a)是圖1 (a)、(b)所示本發(fā)明平板光子晶體高偏振度及高消光比TE光開(kāi)關(guān)第一實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖2 (b)是圖1 (a)、(b)所示本發(fā)明平板光子晶體高偏振度及高消光比TE光開(kāi)關(guān)第二實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖2 (C)是圖1(a)、(b)所示本發(fā)明平板光子晶體高偏振度及高消光比TE光開(kāi)關(guān)第三實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖3是實(shí)施例1所示第二平板光子晶體的光子帶結(jié)構(gòu)圖。
[0029]圖4是實(shí)施例1所示第一平板光子晶體的光子帶結(jié)構(gòu)圖。
[0030]圖5 (a)是實(shí)施例2所示歸一化工作頻率(a/λ)為0.453的TE開(kāi)關(guān)光場(chǎng)分布圖。
[0031]圖5 (b)是實(shí)施例2所示歸一化工作頻率(a/λ)為0.453的TM開(kāi)關(guān)光場(chǎng)分布圖。
[0032]圖6 (a)是實(shí)施例3所示歸一化工作頻率(a/ λ )為0.4567的TE開(kāi)關(guān)光場(chǎng)分布圖。
[0033]圖6 (b)是實(shí)施例3所示歸一化工作頻率(a/ λ )為0.4567的TM開(kāi)關(guān)光場(chǎng)分布圖。
[0034]圖7 (a)是實(shí)施例4所示歸一化工作頻率(a/ λ )為0.458的TE開(kāi)關(guān)光場(chǎng)分布圖。
[0035]圖7 (b)是實(shí)施例4所示歸一化工作頻率(a/λ)為0.458的TM開(kāi)關(guān)光場(chǎng)分布圖。
[0036]圖8 (a)是實(shí)施例5所示歸一化工作頻率(a/λ)為0.503的TE開(kāi)關(guān)光場(chǎng)分布圖。
[0037]圖8 (b)是實(shí)施例5所示歸一化工作頻率(a/λ)為0.503的TM開(kāi)關(guān)光場(chǎng)分布圖。
[0038]圖9 (a)是實(shí)施例6所示歸一化工作頻率(a/ λ )為0.5071的TE開(kāi)關(guān)光場(chǎng)分布圖。
[0039]圖9(b)是實(shí)施例6所示歸一化工作頻率(a/λ)為0.5071的TM開(kāi)關(guān)光場(chǎng)分布圖。
[0040]圖10 (a)是實(shí)施例7所示歸一化工作頻率(a/ λ )為0.509的TE開(kāi)關(guān)光場(chǎng)分布圖。
[0041]圖10(b)是實(shí)施例7所示歸一化工作頻率(a/λ)為0.509的TM開(kāi)關(guān)光場(chǎng)分布圖。
[0042]圖11 (a)是實(shí)施例8所示歸一化工作頻率(a/ λ )為0.558的TE開(kāi)關(guān)光場(chǎng)分布圖。
[0043]圖11 (b)是實(shí)施例8所示歸一化工作頻率(a/ λ )為0.558的TM開(kāi)關(guān)光場(chǎng)分布圖。
[0044]圖12 (a)是實(shí)施例9所示歸一化工作頻率(a/ λ )為0.566的TE開(kāi)關(guān)光場(chǎng)分布圖。
[0045]圖12 (b)是實(shí)施例9所示歸一化工作頻率(a/ λ )為0.566的TM開(kāi)關(guān)光場(chǎng)分布圖。
[0046]圖13 (a)是實(shí)施例10所示歸一化工作頻率(a/ λ )為0.574的TE開(kāi)關(guān)光場(chǎng)分布圖。
[0047]圖13 (b)是實(shí)施例10所示歸一化工作頻率(a/ λ )為0.574的TM開(kāi)關(guān)光場(chǎng)分布圖。

【具體實(shí)施方式】
[0048]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
[0049]本發(fā)明基于平板光子晶體的高偏振度及高消光比TE光開(kāi)關(guān)，如圖1(a)所示，平板光子晶體TE光開(kāi)關(guān)，包括連成一個(gè)整體的上下兩層平板光子晶體；上平板光子晶體為一個(gè)具有TM禁帶和完全禁帶的第一平板正方晶格光子晶體，所述第一平板正方晶格光子晶體的元胞由高折射率旋轉(zhuǎn)正方形桿、單個(gè)第一平板介質(zhì)桿和背景介質(zhì)組成，第一平板介質(zhì)桿沿水平方向布置，第一平板介質(zhì)桿使整個(gè)上平板光子晶體成為一個(gè)整體，第一平板介質(zhì)桿由高折射率介質(zhì)套管和套管內(nèi)的低折射率介質(zhì)組成，或者由一塊高折射率平板薄膜組成，或者由一塊低折射率介質(zhì)組成；如圖1(b)所示，下平板光子晶體為一個(gè)具有TM完全禁帶的第二正方晶格光子晶體，第二正方晶格光子晶體的元胞由高折射率旋轉(zhuǎn)正方形桿、單個(gè)第二平板介質(zhì)桿和背景介質(zhì)組成，第二平板介質(zhì)桿沿水平方向布置，第二平板介質(zhì)桿使整個(gè)下平板光子晶體成為一個(gè)整體，第二平板介質(zhì)桿為高折射率介質(zhì)桿，高折射率介質(zhì)為硅、砷化鎵、二氧化鈦或者折射率大于2的介質(zhì)；背景介質(zhì)為低折射率介質(zhì)，低折射率介質(zhì)為真空、空氣、冰晶石、_■氧化娃、有機(jī)泡沫、撤攬油或者折射率小于1.5的介質(zhì)。聞偏振度及聞消光比TE光開(kāi)關(guān)歸一化工作頻率(a/ λ )為0.453?0.458,0.503?0.509或者0.553?0.574，此工作頻帶為上平板光子晶體的TM禁帶和TE傳輸帶且為下平板光子晶體的完全禁帶，或者為上平板光子晶體的完全禁帶且為下平板光子晶體的TM禁帶和TE傳輸帶，其中a為第一和第二平板光子晶體的晶格常數(shù)，λ為入射波波長(zhǎng)。
[0050]通過(guò)調(diào)節(jié)上下平板光子晶體在光路中的位置實(shí)現(xiàn)高消光比的偏振無(wú)關(guān)光開(kāi)關(guān)；第一平板光子晶體位于光路中，第二平板光子晶體在光路外部為高偏振度及高消光比TE光開(kāi)關(guān)的第一開(kāi)關(guān)狀態(tài)；第二平板光子晶體位于光路中，第一平板光子晶體在光路外部為高偏振度及高消光比TE光開(kāi)關(guān)的第二開(kāi)關(guān)狀態(tài)。
[0051]高偏振度及高消光比TE光開(kāi)關(guān)，TE光開(kāi)關(guān)在工作頻率范圍(a/λ)為0.453?0.458以?xún)?nèi)，第二平板光子晶體位于光路中，第一平板光子晶體位于光路外為光路連通狀態(tài)；第一平板光子晶體位于光路中，第二平板光子晶體位于光路外為光路斷開(kāi)狀態(tài)；所述TE光開(kāi)關(guān)的歸一化工作頻率(a/ λ )為0.453?0.458時(shí)，TE偏振消光比為_(kāi)22dB?_23dB，偏振度最高達(dá)100%，工作頻帶內(nèi)的TM波被阻止，隔離度為-50dB?-68dB，其中a為第一和第二平板光子晶體的晶格常數(shù)，λ為入射波波長(zhǎng)。
[0052]TE光開(kāi)關(guān)在頻率范圍(a/λ)為0.503?0.509或者0.553?0.574以?xún)?nèi)，第一平板光子晶體位于光路中，第二平板光子晶體位于光路外為光路連通狀態(tài)；第二平板光子晶體位于光路中，第一平板光子晶體位于光路外為光路斷開(kāi)狀態(tài)；所述TE光開(kāi)關(guān)的歸一化工作頻率(a/λ )為0.503?0.509時(shí)，TE偏振消光比為_(kāi)16dB?-28dB，偏振度最高達(dá)100%，工作頻帶內(nèi)的TM波被阻止，隔離度為-16dB?-53dB ;所述TE光開(kāi)關(guān)的歸一化工作頻率(a/λ )為0.553?0.574時(shí)，TE偏振消光比為_(kāi)16dB?-4 IdB,偏振度最高達(dá)100%,工作頻段內(nèi)的TM波被阻止，隔離度為-21dB?-62dB。
[0053]光開(kāi)關(guān)的消光比是指開(kāi)關(guān)兩種狀態(tài)下的輸出光功率的比值，光開(kāi)關(guān)的偏振度，是指開(kāi)關(guān)接通狀態(tài)下，輸出端TE波和TM波光功率之差與這兩個(gè)光功率之和的比值。
[0054]本發(fā)明可按另一種實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖設(shè)計(jì)出另一種具體結(jié)構(gòu)的平板光子晶體TE光開(kāi)關(guān)，其包括連成一個(gè)整體的上下兩層平板光子晶體，如圖2(a)所示，圖中省略了光子晶體中的旋轉(zhuǎn)正方形桿，虛線(xiàn)框?yàn)樾D(zhuǎn)正方形桿陣列所在的位置，上平板光子晶體為一個(gè)具有TM禁帶和完全禁帶的第一平板正方晶格光子晶體，第一平板正方晶格光子晶體的元胞由高折射率旋轉(zhuǎn)正方形桿、單個(gè)第一平板介質(zhì)桿和背景介質(zhì)組成，第一平板介質(zhì)桿沿水平方向布置，第一平板介質(zhì)桿使整個(gè)上平板光子晶體成為一個(gè)整體，第一平板介質(zhì)桿由高折射率套管和套管內(nèi)的低折射率介質(zhì)構(gòu)組成，第一平板光子晶體中元胞內(nèi)第一介質(zhì)桿中的套管厚度為O?0.004a ;套管內(nèi)的低折射率介質(zhì)的寬度為第一平板介質(zhì)桿的寬度與套管的厚度相減。下平板光子晶體為一個(gè)具有TM禁帶和完全禁帶的第二正方晶格光子晶體，第二正方晶格光子晶體的元胞由高折射率旋轉(zhuǎn)正方形桿、單個(gè)第二平板介質(zhì)桿和背景介質(zhì)組成，第二平板介質(zhì)桿沿水平方向布置，第二平板介質(zhì)桿使整個(gè)下平板光子晶體成為一個(gè)整體，第一和第二平板光子晶體的第一平板介質(zhì)桿和第二平板介質(zhì)桿分別距離旋轉(zhuǎn)正方形桿中心0.2a。第一、第二平板光子晶體的高折射率旋轉(zhuǎn)正方形桿的邊長(zhǎng)分別為0.545?0.554a，其旋轉(zhuǎn)角度為16.01°?35.04°和55°?66.83°，第一和第二平板光子晶體的第一和第二平板介質(zhì)桿的寬度分別為0.075?0.082a ;第二平板介質(zhì)桿為高折射率介質(zhì)桿，高折射率介質(zhì)為硅、砷化鎵、二氧化鈦或者折射率大于2的介質(zhì)，高折射率介質(zhì)采用硅材料；背景介質(zhì)為低折射率介質(zhì)，低折射率介質(zhì)為真空、空氣、冰晶石、二氧化硅、有機(jī)泡沫、橄欖油或者折射率小于1.5的介質(zhì)。高偏振度及高消光比TE光開(kāi)關(guān)歸一化工作頻率(a/λ )為0.453?0.458,0.503?0.509或者0.553?0.574，此頻帶為上平板光子晶體的TM禁帶和TE傳輸帶且為下平板光子晶體的完全禁帶，或者為上平板光子晶體的完全禁帶且為下平板光子晶體的TM禁帶和TE傳輸帶，其中a為第一和第二平板光子晶體的晶格常數(shù)，λ為入射波波長(zhǎng)。
[0055]本發(fā)明也可以按另一種實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖設(shè)計(jì)出另一種具體結(jié)構(gòu)的平板光子晶體TE光開(kāi)關(guān)，其包括連成一個(gè)整體的上下兩層平板光子晶體，如圖2(b)所示，圖中省略了光子晶體中的旋轉(zhuǎn)正方形桿，虛線(xiàn)框?yàn)樾D(zhuǎn)正方形桿陣列所在的位置，上平板光子晶體為一個(gè)具有TM禁帶和完全禁帶的第一平板正方晶格光子晶體，第一平板正方晶格光子晶體的元胞由高折射率旋轉(zhuǎn)正方形桿、單個(gè)第一平板介質(zhì)桿和背景介質(zhì)組成，第一平板介質(zhì)桿沿水平方向布置，第一平板介質(zhì)桿使整個(gè)上平板光子晶體成為一個(gè)整體，第一平板介質(zhì)桿由一塊塊高折射率平板薄膜組成；下平板光子晶體為一個(gè)具有TM禁帶和完全禁帶的第二正方晶格光子晶體，第二正方晶格光子晶體的元胞由高折射率旋轉(zhuǎn)正方形桿、單個(gè)第二平板介質(zhì)桿和背景介質(zhì)組成，第二平板介質(zhì)桿沿水平方向布置，第二平板介質(zhì)桿使整個(gè)下平板光子晶體成為一個(gè)整體，所述第一和第二平板光子晶體的第一平板介質(zhì)桿和第二平板介質(zhì)桿分別距離旋轉(zhuǎn)正方形桿中心0.2a，第一、第二平板光子晶體的高折射率旋轉(zhuǎn)正方形桿的邊長(zhǎng)分別為0.545?0.554a，其旋轉(zhuǎn)角度為23.25°?26.45°和66.75°?68.95°，第一和第二平板光子晶體的第一和第二平板介質(zhì)桿的寬度分別為0.075?
0.082a。第二平板介質(zhì)桿為高折射率介質(zhì)桿，高折射率介質(zhì)為硅、砷化鎵、二氧化鈦或者折射率大于2的介質(zhì)，高折射率介質(zhì)采用硅材料，背景介質(zhì)為低折射率介質(zhì)，低折射率介質(zhì)為真空、空氣、冰晶石、二氧化硅、有機(jī)泡沫、橄欖油或者折射率小于1.5的介質(zhì)。高偏振度及高消光比TE光開(kāi)關(guān)歸一化工作頻率(a/ λ )為0.453?0.458,0.503?0.509或者0.553?
0.574，此頻率范圍為上平板光子晶體的TM禁帶和TE傳輸帶且為下平板光子晶體的完全禁帶，或者為上平板光子晶體的完全禁帶且為下平板光子晶體的TM禁帶和TE傳輸帶，其中a為第一和第二平板光子晶體的晶格常數(shù)，λ為入射波波長(zhǎng)。
[0056]還可以根據(jù)圖2(c)所示結(jié)構(gòu)示意圖設(shè)計(jì)出另一種具體結(jié)構(gòu)的平板光子晶體TE光開(kāi)關(guān):其包括連成一個(gè)整體的上下兩層平板光子晶體，如圖2(c)所示，圖中省略了光子晶體中的旋轉(zhuǎn)正方形桿，虛線(xiàn)框?yàn)樾D(zhuǎn)正方形桿陣列所在的位置。上平板光子晶體為一個(gè)具有TM禁帶和完全禁帶的第一平板正方晶格光子晶體，第一平板正方晶格光子晶體的元胞由高折射率旋轉(zhuǎn)正方形桿、單個(gè)第一平板介質(zhì)桿和背景介質(zhì)組成，第一平板介質(zhì)桿由一塊低折射率介質(zhì)組成，背景介質(zhì)為低折射率介質(zhì)，高折射率旋轉(zhuǎn)正方形桿內(nèi)有一條槽，槽中填充低折射率介質(zhì)，低折射率介質(zhì)為真空、空氣、冰晶石、二氧化硅、有機(jī)泡沫、橄欖油或者折射率小于1.5的介質(zhì)，例如填充空氣。下平板光子晶體為一個(gè)具有TM禁帶和完全禁帶的第二正方晶格光子晶體，第二正方晶格光子晶體的元胞由高折射率旋轉(zhuǎn)正方形桿、單個(gè)第二平板介質(zhì)桿和背景介質(zhì)組成，第二平板介質(zhì)桿沿水平方向布置，第二平板介質(zhì)桿使整個(gè)下平板光子晶體成為一個(gè)整體，第一和第二平板光子晶體的第一平板介質(zhì)桿和第二平板介質(zhì)桿分別距離旋轉(zhuǎn)正方形桿中心0.2a，第一和第二平板光子晶體的高折射率旋轉(zhuǎn)正方形桿的邊長(zhǎng)分別為0.45?0.554a，其旋轉(zhuǎn)角度為16.01°?35.04°和55°?66.83° ;第一和第二平板光子晶體的第一和第二平板介質(zhì)桿的寬度分別為0.075?0.082a，第二平板介質(zhì)桿為高折射率介質(zhì)桿，高折射率介質(zhì)為硅、砷化鎵、二氧化鈦或者折射率大于2的介質(zhì)，高折射率介質(zhì)采用硅材料；背景介質(zhì)為低折射率介質(zhì)，高偏振度及高消光比TE光開(kāi)關(guān)歸一化工作頻率(a/ λ )為0.453?0.458,0.503?0.509或者0.553?0.574，此工作頻率范圍為上平板光子晶體的TM禁帶和TE傳輸帶且為下平板光子晶體的完全禁帶，或者為上平板光子晶體的完全禁帶且為下平板光子晶體的TM禁帶和TE傳輸帶，其中a為第一和第二平板光子晶體的晶格常數(shù)，λ為入射波波長(zhǎng)。
[0057]對(duì)于上述三種實(shí)施方式，均以紙面為參考面，上下平板光子晶體通過(guò)框架連接成為一個(gè)整體，受外力而做垂直于運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)光開(kāi)關(guān)功能，如圖2所示。圖中省略了光子晶體中的旋轉(zhuǎn)正方桿，虛線(xiàn)框?yàn)樾D(zhuǎn)正方形桿陣列所在的位置。由于框架本身不在光輸入和輸出面，即光的輸入和輸出面平行于參考面，因而不影響光的傳播。作為整體的上下平板光子晶體的上下移動(dòng)可以通過(guò)微機(jī)械力、電力或磁力來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如，可在框架內(nèi)埋入磁鐵、采用一個(gè)壓力聯(lián)動(dòng)裝置與框架連接，則壓力可以驅(qū)動(dòng)黑色框上下移動(dòng)，框架的左右兩邊位于凹槽導(dǎo)軌中，以保證黑框做上下直線(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
[0058]實(shí)施例1
[0059]本實(shí)施例中，通過(guò)第一和第二兩個(gè)平板光子晶體得到垂直方向上的不同的光子帶結(jié)構(gòu)圖，圖3為第二平板光子晶體的光子帶結(jié)構(gòu)圖，圖4為第一平板光子晶體的光子帶結(jié)構(gòu)圖，對(duì)比可知，在歸一化工作頻率(a/λ )范圍為0.4506?0.4745和0.5531?0.5795中，該結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了高偏振度及高消光比TE光開(kāi)關(guān)，從而實(shí)現(xiàn)了高消光比的光開(kāi)關(guān)功能。
[0060]實(shí)施例2
[0061]本實(shí)施例中，歸一化光子工作頻率(a/λ )為0.453,米用第一種實(shí)施方式,利用三維結(jié)構(gòu)數(shù)值驗(yàn)證，其中包括5層高折射率旋轉(zhuǎn)介質(zhì)桿和5層高折射率介質(zhì)脈絡(luò)，高折射率介質(zhì)脈絡(luò)由旋轉(zhuǎn)桿和平板連桿構(gòu)成，由如圖5(a)、(b)數(shù)值模擬結(jié)果可知:開(kāi)關(guān)效果具有高偏振度，并且消光效果很好。
[0062]實(shí)施例3
[0063]本實(shí)施例中，歸一化光子工作頻率(a/λ )為0.4567,米用第一種實(shí)施方式，利用三維結(jié)構(gòu)數(shù)值驗(yàn)證，其中包括5層高折射率旋轉(zhuǎn)介質(zhì)桿和5層高折射率介質(zhì)脈絡(luò)，高折射率介質(zhì)脈絡(luò)由旋轉(zhuǎn)桿和平板連桿構(gòu)成，由如圖6(a)、(b)數(shù)值模擬結(jié)果可知:開(kāi)關(guān)效果具有高偏振度，并且消光效果很好。
[0064]實(shí)施例4
[0065]本實(shí)施例中，歸一化光子工作頻率(a/λ)為0.458，采用第二種實(shí)施方式，利用三維結(jié)構(gòu)數(shù)值驗(yàn)證，其中包括5層高折射率旋轉(zhuǎn)介質(zhì)桿和5層高折射率介質(zhì)脈絡(luò)，高折射率介質(zhì)脈絡(luò)由旋轉(zhuǎn)桿和平板連桿構(gòu)成，由如圖7(a)、(b)數(shù)值模擬結(jié)果可知:開(kāi)關(guān)效果具有高偏振度，并且消光效果很好。
[0066]實(shí)施例5
[0067]本實(shí)施例中，歸一化光子工作頻率(a/λ)為0.503，采用第三種實(shí)施方式，利用三維結(jié)構(gòu)數(shù)值驗(yàn)證，其中包括9層高折射率旋轉(zhuǎn)介質(zhì)桿和9層高折射率介質(zhì)脈絡(luò)，高折射率介質(zhì)脈絡(luò)由旋轉(zhuǎn)桿和平板連桿構(gòu)成，由如圖8(a)、(b)數(shù)值模擬結(jié)果可知:開(kāi)關(guān)效果具有高偏振度，并且消光效果很好。
[0068]實(shí)施例6
[0069]本實(shí)施例中，歸一化光子工作頻率(a/λ)為0.5071，采用第三種實(shí)施方式，利用三維結(jié)構(gòu)數(shù)值驗(yàn)證，其中包括9層高折射率旋轉(zhuǎn)介質(zhì)桿和9層高折射率介質(zhì)脈絡(luò)，高折射率介質(zhì)脈絡(luò)由旋轉(zhuǎn)桿和平板連桿構(gòu)成，由如圖9(a)、(b)數(shù)值模擬結(jié)果可知:開(kāi)關(guān)效果具有高偏振度，并且消光效果很好。
[0070]實(shí)施例7
[0071]本實(shí)施例中，歸一化光子工作頻率(a/λ)為0.509，采用第三種實(shí)施方式，利用三維結(jié)構(gòu)數(shù)值驗(yàn)證，其中包括9層高折射率旋轉(zhuǎn)介質(zhì)桿和9層高折射率介質(zhì)脈絡(luò)，高折射率介質(zhì)脈絡(luò)由旋轉(zhuǎn)桿和平板連桿構(gòu)成，由如圖10(a)、(b)數(shù)值模擬結(jié)果可知:開(kāi)關(guān)效果具有高偏振度，并且消光效果很好?！?br> [0072]實(shí)施例8
[0073]本實(shí)施例中，歸一化光子工作頻率(a/λ)為0.558，采用第三種實(shí)施方式，利用三維結(jié)構(gòu)數(shù)值驗(yàn)證，其中包括9層高折射率旋轉(zhuǎn)介質(zhì)桿和9層高折射率介質(zhì)脈絡(luò)，高折射率介質(zhì)脈絡(luò)由旋轉(zhuǎn)桿和平板連桿構(gòu)成，由如圖11(a)、(b)數(shù)值模擬結(jié)果可知:開(kāi)關(guān)效果具有高偏振度，并且消光效果很好。
[0074]實(shí)施例9
[0075]本實(shí)施例中，歸一化光子工作頻率(a/λ)為0.566，采用第三種實(shí)施方式，利用三維結(jié)構(gòu)數(shù)值驗(yàn)證，其中包括9層高折射率旋轉(zhuǎn)介質(zhì)桿和9層高折射率介質(zhì)脈絡(luò)，高折射率介質(zhì)脈絡(luò)由旋轉(zhuǎn)桿和平板連桿構(gòu)成，由如圖12(a)、(b)數(shù)值模擬結(jié)果可知:開(kāi)關(guān)效果具有高偏振度，并且消光效果很好。
[0076]實(shí)施例10
[0077]本實(shí)施例中，歸一化光子工作頻率(a/λ)為0.574，采用第三種實(shí)施方式，利用三維結(jié)構(gòu)數(shù)值驗(yàn)證，其中包括9層高折射率旋轉(zhuǎn)介質(zhì)桿和9層高折射率介質(zhì)脈絡(luò)，高折射率介質(zhì)脈絡(luò)由旋轉(zhuǎn)桿和平板連桿構(gòu)成，由如圖13(a)、(b)數(shù)值模擬結(jié)果可知:開(kāi)關(guān)效果具有高偏振度，并且消光效果很好。
[0078]以上之詳細(xì)描述僅為清楚理解本發(fā)明，而不應(yīng)將其看做是對(duì)本發(fā)明不必要的限制，因此對(duì)本發(fā)明的任何改動(dòng)對(duì)本領(lǐng)域中的技術(shù)熟練的人是顯而易見(jiàn)的。
【權(quán)利要求】
1.一種基于平板光子晶體的高偏振度及高消光比TE光開(kāi)關(guān)，其特征在于，包括上下兩層平板光子晶體相連而成的一個(gè)整體；所述上平板光子晶體為一個(gè)具有TM禁帶和完全禁帶的第一平板正方晶格光子晶體，所述第一平板正方晶格光子晶體的元胞由高折射率旋轉(zhuǎn)正方形桿、單個(gè)第一平板介質(zhì)桿和背景介質(zhì)組成，所述第一平板介質(zhì)桿沿水平方向布置，所述第一平板介質(zhì)桿使整個(gè)上平板光子晶體形成一個(gè)整體，所述第一平板介質(zhì)桿由高折射率介質(zhì)套管和套管內(nèi)的低折射率介質(zhì)組成，或者由一塊高折射率平板薄膜組成，或者由一塊低折射率介質(zhì)組成；所述下平板光子晶體為一個(gè)具有TM禁帶和完全禁帶的第二正方晶格光子晶體，所述第二正方晶格光子晶體的元胞由高折射率旋轉(zhuǎn)正方形桿、單個(gè)第二平板介質(zhì)桿和背景介質(zhì)組成，所述第二平板介質(zhì)桿沿水平方向布置，所述第二平板介質(zhì)桿以整個(gè)下平板光子晶體形成一個(gè)整體，所述第二平板介質(zhì)桿為高折射率介質(zhì)桿；所述背景介質(zhì)為低折射率介質(zhì)；所述高偏振度及高消光比TE光開(kāi)關(guān)歸一化工作頻率(a/λ)為0.453?0.458,0.503?0.509或者0.553?0.574，稱(chēng)為工作頻帶。
2.按照權(quán)利要求1所述的基于平板光子晶體的高偏振度及高消光比TE光開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述第一平板光子晶體元胞內(nèi)第一介質(zhì)桿中的套管厚度為O?0.004a ;所述套管內(nèi)的低折射率介質(zhì)的寬度為所述第一平板介質(zhì)桿的寬度與所述套管的厚度相減。
3.按照權(quán)利要求1所述的基于平板光子晶體的高偏振度及高消光比TE光開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述第一和第二平板光子晶體的高折射率旋轉(zhuǎn)正方形桿的邊長(zhǎng)分別為0.545?0.554a，其旋轉(zhuǎn)角度為23.25°?26.45°和66.75°?68.95° ;所述第一和第二平板光子晶體的第一和第二平板介質(zhì)桿的寬度分別為0.075?0.082a。
4.按照權(quán)利要求1所述的基于平板光子晶體的高偏振度及高消光比TE光開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述第一和第二平板光子晶體的第一平板介質(zhì)桿和第二平板介質(zhì)桿分別距離旋轉(zhuǎn)正方形桿中心0.2a。
5.按照權(quán)利要求1所述的基于平板光子晶體的高偏振度及高消光比TE光開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述高折射率介質(zhì)為硅、砷化鎵、二氧化鈦或者折射率大于2的介質(zhì)。
6.按照權(quán)利要求1所述的基于平板光子晶體的高偏振度及高消光比TE光開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述低折射率介質(zhì)為真空、空氣、冰晶石、二氧化硅、有機(jī)泡沫、橄欖油或者折射率小于1.5的介質(zhì)。
7.按照權(quán)利要求1所述的基于平板光子晶體的高偏振度及高消光比TE光開(kāi)關(guān)，其特征在于:所述TE光開(kāi)關(guān)，第一平板光子晶體位于光路中，第二平板光子晶體位于光路外為一種開(kāi)關(guān)狀態(tài)，第二平板光子晶體位于光路中，第一平板光子晶體位于光路外為另一種開(kāi)關(guān)狀態(tài)。
8.按照權(quán)利要求1或7所述的基于平板光子晶體的高偏振度及高消光比TE光開(kāi)關(guān)，其特征在于，在頻率范圍0.453?0.458以?xún)?nèi)，所述第二平板光子晶體位于光路中，第一平板光子晶體位于光路外為光路連通狀態(tài)；第一平板光子晶體位于光路中，第二平板光子晶體位于光路外為光路斷開(kāi)狀態(tài)；所述TE光開(kāi)關(guān)的歸一化工作頻率(a/λ)為0.453?0.458時(shí)，TE偏振消光比為-22dB?-23dB，偏振度最高達(dá)100%，工作頻帶內(nèi)的TM波被阻止，隔離度為_(kāi)50dB?_68dB。
9.按照權(quán)利要求1或7所述的基于平板光子晶體的高偏振度及高消光比TE光開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述TE光開(kāi)關(guān)的歸一化工作頻率(a/ λ )為0.503?0.509或者0.553?0.574時(shí)，所述第一平板光子晶體位于光路中，第二平板光子晶體位于光路外為光路連通狀態(tài)；第二平板光子晶體位于光路中，第一平板光子晶體位于光路外為光路斷開(kāi)狀態(tài)；所述TE光開(kāi)關(guān)的歸一化工作頻率(a/ λ )為0.503?0.509時(shí)，TE偏振消光比為_(kāi)16dB?_28dB，偏振度為100%，工作頻帶內(nèi)的TM波被阻止，隔離度為-16dB?-53dB ;所述TE光開(kāi)關(guān)的歸一化工作頻率(a/λ)為0.553?0.574時(shí)，TE偏振消光比為-16dB?-41dB，偏振度為100%,工作頻段內(nèi)的TM波被阻止，隔離度為-21dB?-62dB。
10.按照權(quán)利要求1所述的基于平板光子晶體的高偏振度及高消光比TE光開(kāi)關(guān)，其特征在于，第一平板光子晶體和第二平板光子晶體在光路中的位置通過(guò)外力調(diào)節(jié)，所述外力包括機(jī)械力、電力和磁力。
【文檔編號(hào)】G02B26/00GK104459991SQ201410759473
【公開(kāi)日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年12月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月10日
【發(fā)明者】歐陽(yáng)征標(biāo), 文國(guó)華 申請(qǐng)人:歐陽(yáng)征標(biāo), 深圳大學(xué)