專(zhuān)利名稱(chēng)：基于二維光子晶體薄板的三維偏振分束器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電磁波偏振分束器領(lǐng)域，尤其是涉及一種基于光子晶體偏振分束器。
背景技術(shù)：
目前，大部分偏振分束器體積大，難以用于光路集成中。而以光子晶體為技術(shù)背景可以制作一些微小的器件，包括偏振分束器。目前大致分為兩種類(lèi)型一種是利用一塊具有S偏振波禁帶和P偏振波導(dǎo)帶或P偏振波禁帶和S偏振波導(dǎo)帶的光子晶體來(lái)實(shí)現(xiàn)波的偏振分離。這種偏振分束器，由于其透過(guò)率和偏振度較差，并且難以集成到其它光子晶體器件中，只能作為單一光子晶體器件使用在傳統(tǒng)光學(xué)波導(dǎo)中。另一種是通過(guò)長(zhǎng)程耦合波導(dǎo)，利用波導(dǎo)之間周期性耦合和奇偶態(tài)變化的方法，設(shè)計(jì)不同的相對(duì)耦合長(zhǎng)度把不同偏振態(tài)的光波耦合到不同的波導(dǎo)。通過(guò)這兩種方法所得到的偏振分束器，但是體積仍然較大，而且工作波長(zhǎng)范圍很窄，不利于實(shí)際應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種結(jié)構(gòu)體積小、偏振度高、光傳輸效率高，適合大規(guī)模光路集成的光子晶體偏振分束器。為了解決上述存在的問(wèn)題，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案。本發(fā)明的基于二維光子晶體薄板的三維偏振分束器包括一個(gè)位于上部的二維光子晶體薄板和一個(gè)與所述的上部二維光子晶體薄板垂直的位于底部的二維光子晶體薄板以及一個(gè)輸入耦合介質(zhì)塊；在所述的上部二維光子晶體薄板中有P偏振波輸出波導(dǎo)；在所述的底部二維光子晶體薄板中有S偏振波輸出波導(dǎo)；所述的P偏振波輸出波導(dǎo)的輸出端口和S偏振波輸出波導(dǎo)的輸出端口均在三維空間上分開(kāi)；所述的光子晶體薄板包括背景介質(zhì)和介質(zhì)柱。所述的位于上部的P偏振波輸出波導(dǎo)為光子晶體平板波導(dǎo)，它由所述的光子晶體薄板的下半部和右半部中間分別去除半排介質(zhì)柱而形成，呈直角角尺形狀，所述的光子晶體平板波導(dǎo)的橫截面為矩形。所述的輸入稱(chēng)合介質(zhì)塊為立方體，該輸入稱(chēng)合介質(zhì)塊位于P偏振波輸出波導(dǎo)和S波輸出波導(dǎo)交界處的中部。所述的底部S波輸出波導(dǎo)為光子晶體平板波導(dǎo)，它由所述的光子晶體薄板的前半部和右半部中間分別去除半排介質(zhì)柱而形成，呈直角角尺形狀，所述的光子晶體平板波導(dǎo)的橫截面為矩形。所述的背景介質(zhì)為空氣或其它折射率低于介質(zhì)柱的介質(zhì)。所述的輸入稱(chēng)合介質(zhì)塊與輸入波導(dǎo)相接，該輸入波導(dǎo)的內(nèi)側(cè)表面與所述的輸入率禹合介質(zhì)塊的外側(cè)表面相接。所述的光子晶體薄板中的介質(zhì)柱的形狀為立方柱體、或長(zhǎng)方柱體、或圓柱體，或橢圓柱體、或三角柱體、或其它多邊形柱體。
所述的光子晶體的結(jié)構(gòu)為四方晶格、或三角晶格、或六角晶格。所述的輸入稱(chēng)合介質(zhì)塊輸入混合模式電磁波，底部光子晶體薄板上的S偏振波輸出波導(dǎo)輸出S偏振波,上部光子晶體薄板上的P偏振波輸出波導(dǎo)輸出P偏振波。所述的輸入耦合介質(zhì)塊與具有完全禁帶的光子晶體波導(dǎo)或傳統(tǒng)全偏振波導(dǎo)相連接；所述的輸出端口與具有完全禁帶的光子晶體波導(dǎo)或傳統(tǒng)全偏振波導(dǎo)或光子晶體單偏振波導(dǎo)或傳統(tǒng)單偏振波導(dǎo)相連接。光子晶體對(duì)電磁波的作用可以用等效折射率描述。光子晶體的等效折射率依賴(lài)于晶格常數(shù)，占空比，電介質(zhì)的折射率以及背景介質(zhì)的折 射率。選擇合適的參數(shù)配比，可以使得不同偏振方向上的等效折射率差別很大，因此電磁波在光子晶體中傳播較短距離可以獲得偏振分束效果。利用不同偏振的等效折射率之差，設(shè)計(jì)合適的介質(zhì)柱陣列，可以設(shè)計(jì)出二維的偏振分束器。其在二維維度上能較好地將電磁波中的S偏振波和P偏振波分量分開(kāi)，但是分開(kāi)角度較小，在二維維度上只能有10度左右分離角。而本發(fā)明提供的一種基于二維光子晶體薄板的三維偏振分束器可在三維維度上將S偏振波、P偏振波分開(kāi)，偏振度聞，工作波段大。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下的優(yōu)點(diǎn)(I)本發(fā)明不需要應(yīng)用基于類(lèi)似布儒斯特角分偏振的方法，也不需要通過(guò)長(zhǎng)波導(dǎo)率禹合的方式分光，大多數(shù)的光子晶體偏振分束器都是在波導(dǎo)中加入若干個(gè)介質(zhì)柱，以改變對(duì)S偏振波和P偏振波的透射和反射，而本發(fā)明的波導(dǎo)中無(wú)需加入任何的介質(zhì)柱就能達(dá)到分光的效果。(2)本發(fā)明的特殊的幾何構(gòu)造形態(tài)能夠很好地對(duì)S偏振波和P偏振波進(jìn)行自行耦
口 ο(3)結(jié)構(gòu)體積小,偏振度高,光傳輸效率高,適合大規(guī)模光路集成；(4)本發(fā)明在短程通過(guò)兩個(gè)點(diǎn)缺陷就可以完全實(shí)現(xiàn)偏振分離功能，便于集成而且聞效;(5)本發(fā)明應(yīng)用光子晶體可等比例縮放的特性，通過(guò)等比例改變晶格常數(shù)的方法，可以實(shí)現(xiàn)不同波長(zhǎng)偏振分束的功能。


圖I是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)背面示意圖；圖中P偏振波輸出波導(dǎo)I輸入I禹合介質(zhì)塊2信號(hào)光波導(dǎo)入射端口 3S波輸出波導(dǎo)4低折射率介質(zhì)5高折射率介質(zhì)柱6 P偏振波分束端口 7S偏振波分束端口 8圖2是本發(fā)明另一視角(正面)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是輸入光中包含P偏振波時(shí)的模擬結(jié)果示意圖。圖4是輸入光中包含S偏振波時(shí)的模擬結(jié)果不意圖。圖5是輸入光為S偏振波和P偏振波的混合光時(shí)的模擬結(jié)果示意圖。圖6是位于底部的S偏振波輸出端的S偏振波的偏振度和位于上部的P偏振波輸出端的P偏振波的偏振度。圖7是S偏振波輸出端的S偏振波的消光比和P偏振波輸出端的P偏振波的消光比。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。如圖I所示，邊界7與邊界8對(duì)于不同偏振的光具有不同的等效折射率。一般地，在波導(dǎo)中的等效折射率為
權(quán)利要求
1.一種基于二維光子晶體薄板的三維偏振分束器，其特征在于，它包括一個(gè)位于上部的二維光子晶體薄板和一個(gè)與所述的上部二維光子晶體薄板垂直的位于底部的二維光子晶體薄板以及一個(gè)輸入耦合介質(zhì)塊；在所述的上部二維光子晶體薄板中有P偏振波輸出波導(dǎo)；在所述的底部二維光子晶體薄板中有S偏振波輸出波導(dǎo)；所述的P偏振波輸出波導(dǎo)的輸出端口和S偏振波輸出波導(dǎo)的輸出端口均在三維空間上分開(kāi)；所述的光子晶體薄板包括背景介質(zhì)和介質(zhì)柱。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于二維光子晶體薄板的三維偏振分束器，其特征在于所述 的位于上部的P偏振波輸出波導(dǎo)為光子晶體平板波導(dǎo)，它由所述的光子晶體薄板的下半部和右半部中間分別去除半排介質(zhì)柱而形成，呈直角角尺形狀，所述的光子晶體平板波導(dǎo)的橫截面為矩形。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于二維光子晶體薄板的三維偏振分束器，其特征在于所述的輸入I禹合介質(zhì)塊為立方體，該輸入I禹合介質(zhì)塊位于P偏振波輸出波導(dǎo)和S偏振波輸出波導(dǎo)交界處的中部。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于二維光子晶體薄板的三維偏振分束器，其特征在于所述的S偏振波輸出波導(dǎo)為光子晶體平板波導(dǎo)，它由所述的光子晶體薄板的前半部和右半部中間分別去除半排介質(zhì)柱而形成，呈直角角尺形狀，所述的光子晶體平板波導(dǎo)的橫截面為矩形。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于二維光子晶體薄板的三維偏振分束器，其特征在于所述的背景介質(zhì)為空氣或其它折射率低于介質(zhì)柱的介質(zhì)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于二維光子晶體薄板的三維偏振分束器，其特征在于所述的輸入稱(chēng)合介質(zhì)塊與輸入波導(dǎo)相接，該輸入波導(dǎo)的內(nèi)側(cè)表面與所述的輸入稱(chēng)合介質(zhì)塊的外側(cè)表面相接。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于二維光子晶體薄板的三維偏振分束器，其特征在于所述介質(zhì)柱的形狀為立方柱體、或長(zhǎng)方柱體、或圓柱體，或橢圓柱體、或三角柱體、或其它多邊形柱體。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于二維光子晶體薄板的三維偏振分束器，其特征在于所述的光子晶體的結(jié)構(gòu)為四方晶格、或三角晶格、或六角晶格。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于二維光子晶體薄板的三維偏振分束器，其特征在于所述的輸入I禹合介質(zhì)塊輸入混合模式電磁波，底部光子晶體薄板上的S偏振波輸出波導(dǎo)輸出S偏振波，上部光子晶體薄板上的P偏振波輸出波導(dǎo)輸出P偏振波。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于二維光子晶體薄板的三維偏振分束器，其特征在于所述的輸入耦合介質(zhì)塊與具有完全禁帶的光子晶體波導(dǎo)或傳統(tǒng)全偏振波導(dǎo)相連接；所述的輸出端口與具有完全禁帶的光子晶體波導(dǎo)或傳統(tǒng)全偏振波導(dǎo)或光子晶體單偏振波導(dǎo)或傳統(tǒng)單偏振波導(dǎo)相連接。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于二維光子晶體薄板的三維偏振分束器，它包括一個(gè)位于上部的二維光子晶體薄板和一個(gè)與所述的上部二維光子晶體薄板垂直的位于底部的二維光子晶體薄板以及一個(gè)輸入耦合介質(zhì)塊；在所述的上部二維光子晶體薄板中有P偏振波輸出波導(dǎo)；在所述的底部二維光子晶體薄板中有S偏振波輸出波導(dǎo)；所述的P偏振波輸出波導(dǎo)的輸出端口和S偏振波輸出波導(dǎo)的輸出端口均在三維空間上分開(kāi)；所述的光子晶體薄板包括背景介質(zhì)和介質(zhì)柱。本發(fā)明結(jié)構(gòu)體積小，偏振度高，光傳輸效率高，便于集成而且高效，適合大規(guī)模光路集成，可以實(shí)現(xiàn)不同波長(zhǎng)偏振分束的功能。
文檔編號(hào)G02B6/27GK102809782SQ20121029034
公開(kāi)日2012年12月5日 申請(qǐng)日期2012年8月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月15日
發(fā)明者金鑫, 雷震宇, 歐陽(yáng)征標(biāo) 申請(qǐng)人:深圳大學(xué)