一種實(shí)現(xiàn)光隔離的一維磁光子晶體的制作方法【專利摘要】一種實(shí)現(xiàn)光隔離的一維磁光子晶體，其結(jié)構(gòu)式是：[H/L]3/M/[L/H]7/M/[H/L]7/M/[L/H]3；其中：H是厚度為114.85nm的砷化鎵薄膜；L是厚度為259.2nm的二氧化硅薄膜；M是厚度為158.68nm摻鈰釔鐵石榴石薄膜。本發(fā)明結(jié)構(gòu)可在中心工作波長1550nm附近小范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)光隔離，且僅包含43層光學(xué)薄膜，降低了實(shí)際制備的難度?！緦＠f明】—種實(shí)現(xiàn)光隔離的一維磁光子晶體【
技術(shù)領(lǐng)域：
】[0001]本發(fā)明涉及一種光隔離體，具體是一種用于實(shí)現(xiàn)集成光隔離器的一維磁光子晶體?！?br>背景技術(shù)：
】[0002]光隔離器是一種只允許正向傳輸光通過的非互易無源器件，它的主要作用是防止反向傳輸光對光源造成不良影響，提高光路系統(tǒng)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。[0003]現(xiàn)有光隔離器由光軸方向呈45°角的一對偏振器，以及置于兩偏振器之間的法拉第旋轉(zhuǎn)器組成。該法拉第旋轉(zhuǎn)器包括中心的磁光晶體，以及包裹磁光晶體的環(huán)型永磁鐵。[0004]現(xiàn)代光通信技術(shù)的飛速發(fā)展要求用于光路的器件微型化，以便于集成。而現(xiàn)有的塊狀光隔離器由于磁光晶體體積的限制，最小尺度在毫米數(shù)量級，無法滿足光路集成的要求。[0005]H.Kato等(Propertiesofone-dimensionalmagnetophotoniccrystalsforuseinopticalisolatordevices,TransactionsOnMagnetics.2002，Vol:38，3246-3248)提出了兩種一維光子晶體結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了高達(dá)99%以上的透射率和45°附近的法拉第旋轉(zhuǎn)角，此結(jié)構(gòu)的一維磁光子晶體僅十幾微米，將其代替目前磁光隔離器中的塊狀磁光晶體，可實(shí)現(xiàn)磁光隔離器的集成化。但這兩種結(jié)構(gòu)的一維磁光子晶體光譜極窄，只能適用于1300nm的中心工作波長處。當(dāng)光源發(fā)光波長不穩(wěn)定,在1300nm附近波動時(shí),此結(jié)構(gòu)的一維磁光子晶體無法應(yīng)用。[0006]M.Ghanaatshoar^PM.Zamani等(Compactone-dimensionalmagnetophotoniccrystalswithsimultaneouslargeFaradayrotationandhightransmittance,Journalofmodernoptics.2012,Vol:59,126-130)針對1550納米的光通信波長提的一種總厚度為10.84微米的一維磁光子晶體結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)了高達(dá)100%的透射率和87.72°的法拉第旋轉(zhuǎn)角，通過旋轉(zhuǎn)外加磁場可調(diào)節(jié)法拉第旋轉(zhuǎn)角到45°。但此結(jié)構(gòu)也只能適用于1550nm的中心工作波長處，大大限制了集成磁光隔離器的工作性能。[0007]M.Zamani等(Adjustablemagneto-opticalisolatorswithflat-topresponses,OpticsExpress.2012，Vol:20，24524-24535)針對1550nm的光通信波長提出了幾種可以實(shí)現(xiàn)寬帶光隔離的一維磁光子晶體結(jié)構(gòu)，最好的可在1550nm附近7.2nm內(nèi)實(shí)現(xiàn)光隔離。而在這些結(jié)構(gòu)中，最簡單的結(jié)構(gòu)也需95層光學(xué)薄膜。這些結(jié)構(gòu)雖可用來實(shí)現(xiàn)中心波長附近小范圍內(nèi)的光隔離，但其薄膜層數(shù)較多，在實(shí)際應(yīng)用中不易制備。[0008]T.Goto等(Faradayrotationofamagnetophotoniccrystalwiththedual-cavitystructure,JournalOfAppliedOptics.2010,Vol:107,09A946)在實(shí)驗(yàn)上制備出了包含43層薄膜的一維磁光子晶體雙缺陷結(jié)構(gòu)，其實(shí)驗(yàn)測量值與理論分析相一致。該工作既證明了用一維磁光子晶體實(shí)現(xiàn)光隔離的可行性，又反應(yīng)了現(xiàn)有制備一維磁光子晶體的薄膜技術(shù)。【
發(fā)明內(nèi)容】[0009]本發(fā)明要解決的具體技術(shù)問題是現(xiàn)有實(shí)現(xiàn)光隔離的一維磁光子晶體光譜響應(yīng)窄，包含薄膜層數(shù)較多，其目的是提供一種實(shí)現(xiàn)光隔離的一維磁光子晶體。[0010]本發(fā)明上述所提供的一種實(shí)現(xiàn)寬帶光隔離的一維磁光子晶體，包括一維磁光子晶體，其特征在于:所述一維磁光子晶體的結(jié)構(gòu)式如下:[H/L]3/M/[L/H]7/M/[h/l]7/m/[l/h]3；其中:H是厚度為114.85nm的砷化鎵薄膜；L是厚度為259.2nm的二氧化硅薄膜；M是厚度為158.68nm摻鈰釔鐵石榴石薄膜。[0011]在上述技術(shù)方案中，進(jìn)一步地附加技術(shù)特征在于:所述結(jié)構(gòu)的中心工作波長是1550nm。[0012]所述中心工作波長在1550nm下:砷化鎵GaAs的折射率是3.374;二氧化硅SiO2的折射率是1.495;摻鈰釔鐵石榴石Ce=YIG是電介質(zhì)張量中ε1=4.884,ε2=0.009。[0013]所述結(jié)構(gòu)在外加磁場與光軸方向在水平面上呈52°角時(shí)中心波長處的法拉第旋轉(zhuǎn)角是45°。[0014]實(shí)現(xiàn)上述本發(fā)明所提供的一種實(shí)現(xiàn)光隔離的一維磁光子晶體的技術(shù)方案，是在一維光子晶體中引入磁光晶體缺陷，將光子晶體和磁光晶體的優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合，利用一維光子晶體來實(shí)現(xiàn)45°的法拉第旋轉(zhuǎn)角。解決了現(xiàn)有可實(shí)現(xiàn)光隔離的一維磁光子晶體光譜響應(yīng)窄、包含薄膜層數(shù)較多。與現(xiàn)有技術(shù)相比，所構(gòu)成的一維磁光子晶體在選材和缺陷層配置上更合理。[0015]本發(fā)明所提供的一維磁光子晶體結(jié)構(gòu)，與現(xiàn)有在中心波長處實(shí)現(xiàn)光隔離的一維磁光子晶體結(jié)構(gòu)相比，拓寬了光譜響應(yīng)，可在中心波長附近0.95nm的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)光隔離；與現(xiàn)有可實(shí)現(xiàn)寬帶光隔離的結(jié)構(gòu)相比，該結(jié)構(gòu)僅包含43層薄膜，減少了膜層總層數(shù)，降低了實(shí)際制備難度，同時(shí)，該結(jié)構(gòu)的總厚度為7.96微米，可提高磁光隔離器的集成度。【專利附圖】【附圖說明】[0016]圖1是本發(fā)明一維磁光子晶體結(jié)構(gòu)的示意圖。[0017]圖2是當(dāng)外加磁場與光路方向平行時(shí)，本發(fā)明一維磁光子晶體結(jié)構(gòu)的透射率和法拉第旋轉(zhuǎn)角在中心波長附近的波動曲線圖。[0018]圖3是當(dāng)外加磁場在水平方向上轉(zhuǎn)動時(shí)，本發(fā)明一維磁光子晶體的透射率和法拉第旋轉(zhuǎn)在不同外加磁場旋轉(zhuǎn)角下的取值圖。[0019]圖4是當(dāng)外加磁場在水平方向上轉(zhuǎn)動52°角時(shí)，本發(fā)明一維磁光子晶體結(jié)構(gòu)的透射率和法拉第旋轉(zhuǎn)角在中心波長附近的波動曲線圖?！揪唧w實(shí)施方式】[0020]下面通過【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明所提供的一種實(shí)現(xiàn)光隔離的一維磁光子晶體的技術(shù)方案作出進(jìn)一步的說明。[0021]實(shí)施本發(fā)明所提供的一種實(shí)現(xiàn)光隔離的一維磁光子晶體，其中心工作波長是1550nmo[0022]如圖1所示，一種實(shí)現(xiàn)光隔離的一維磁光子晶體，包括一維磁光子晶體，其構(gòu)成在于上述所描述的一維磁光子晶體的結(jié)構(gòu)式是:[h/l]3/m/[l/h]7/m/[h/l]7/m/[l/h]3。[0023]其中:H是厚度為114.85nm，折射率為3.374的砷化鎵GaAs山是厚度為259.20nm,折射率為1.495的二氧化硅SiO2;M是厚度為158.68nm,電介質(zhì)張量中ε=4.884；ε2=0.009的摻鋪I乙鐵石槽石Ce:YIG。[0024]如圖1所示，本發(fā)明所提供的一維磁光子晶體結(jié)構(gòu)，共43層，總厚度為7.96微米。當(dāng)外加磁場與光路方向平行時(shí)，本發(fā)明一維磁光子晶體結(jié)構(gòu)的透射率和法拉第旋轉(zhuǎn)角在中心波長附近的波動曲線如圖2所示。為了使本發(fā)明一維磁光子晶體結(jié)構(gòu)獲得45°的法拉第旋轉(zhuǎn)角，進(jìn)行將外加磁場在水平方向上轉(zhuǎn)動，本發(fā)明一維磁光子晶體結(jié)構(gòu)的透射率和法拉第旋轉(zhuǎn)角取值隨外加磁場轉(zhuǎn)角度的變化如圖3所示。將外加磁場水平旋轉(zhuǎn)到與光路方向呈52°角時(shí)，可得到如圖4所示的透射率和法拉第旋轉(zhuǎn)角在中心波長附近的波動曲線。由圖4可見，此光隔離器在1549.525nm-1550.475nm范圍內(nèi)均可實(shí)現(xiàn)光隔離，在此范圍內(nèi)法拉第旋轉(zhuǎn)角在45°-50.65°內(nèi)波動，透射率在97.01%-99.96%內(nèi)波動。【權(quán)利要求】1.一種實(shí)現(xiàn)光隔離的一維磁光子晶體，包括一維磁光子晶體，其特征在于:所述一維磁光子晶體的結(jié)構(gòu)式如下:[H/L]3/M/[L/H]7/M/[h/l]7/m/[l/h]3；其中:H是厚度為114.85nm的砷化鎵薄膜；L是厚度為259.2nm的二氧化硅薄膜；M是厚度為158.68nm摻鈰釔鐵石榴石薄膜。2.如權(quán)利要求1所述的一種實(shí)現(xiàn)光隔離的一維磁光子晶體，其特征在于:所述結(jié)構(gòu)的中心工作波長是1550nm。3.如權(quán)利要求2所述的一種實(shí)現(xiàn)光隔離的一維磁光子晶體，其特征在于:所述中心工作波長在1550nm下:砷化鎵GaAs的折射率是3.374;二氧化硅SiO2的折射率是1.495;摻鈰釔鐵石榴石Ce:YIG的電介質(zhì)張量中ε1=4.884，ε2=0.009。4.如權(quán)利要求1所述的一種實(shí)現(xiàn)光隔離的一維磁光子晶體，其特征在于:所述結(jié)構(gòu)在外加磁場與光軸方向在水平面上呈52°角時(shí)中心波長處的法拉第旋轉(zhuǎn)角是45°?！疚臋n編號】G02F1/09GK103472598SQ201310473372【公開日】2013年12月25日申請日期:2013年10月12日優(yōu)先權(quán)日:2013年10月12日【發(fā)明者】費(fèi)宏明,武建加,楊毅彪,陳智輝,薛海斌,李琳申請人:太原理工大學(xué)