本發(fā)明涉及拓?fù)涔庾悠骷I(lǐng)域，特別是涉及一種基于液晶的電控拓?fù)涔庾討B(tài)耦合及其動(dòng)態(tài)調(diào)控方法。

背景技術(shù)：

1、支持魯棒性低維拓?fù)溥吔鐟B(tài)的拓?fù)涔庾咏^緣體已經(jīng)引起了人們的極大興趣。得益于拓?fù)浔Ｗo(hù)邊界態(tài)的魯棒性，一系列新的應(yīng)用如激光、濾波器、傳感器和量子隱形傳輸已經(jīng)被開發(fā)和研究。近年來，基于不同拓?fù)鋺B(tài)的耦合諧振光子器件被提出，極大地豐富了光在集成光子學(xué)中的傳播和局域化。通過結(jié)合不同的拓?fù)鋺B(tài)，可以實(shí)現(xiàn)更高質(zhì)量的納米空腔和更靈活的能量轉(zhuǎn)換方法。然而，傳統(tǒng)的拓?fù)涔庾悠骷枰霃?fù)雜的設(shè)計(jì)，并且一旦設(shè)計(jì)確定，結(jié)構(gòu)通常是固定的，所以限制了光的傳輸和可編程控制。

2、為了探索光子拓?fù)淦骷膭?dòng)態(tài)可調(diào)性，引入折射率可調(diào)的介質(zhì)材料已被證明是一種非常可行的方法。其中，液晶是最好的選擇之一，因?yàn)橐壕Р煌鬏S的分子具有不同的折射率，從而使得它們的折射率可以通過外部電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)以上現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的是提供一種基于液晶的電控拓?fù)涔庾討B(tài)耦合及其動(dòng)態(tài)調(diào)控方法。

2、本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

3、一種基于液晶的電控拓?fù)涔庾討B(tài)耦合及其動(dòng)態(tài)調(diào)控方法，具體為：將光子晶格浸入液晶中，利用外部偏置電壓來主動(dòng)調(diào)制光子晶格的拓?fù)溥吔鐟B(tài)和拓?fù)浣菓B(tài)，從而實(shí)現(xiàn)高階拓?fù)鋺B(tài)之間的具有類fano線型的選擇性耦合。

4、進(jìn)一步地，所述液晶在不加電壓時(shí)，液晶分子的長(zhǎng)軸呈水平排列，此時(shí)折射率為1.45；當(dāng)電壓足夠高時(shí)，液晶分子將垂直傾斜，此時(shí)折射率為1.75。

5、進(jìn)一步地，所述光子晶格包括拓?fù)湎喙庾泳w和非拓?fù)湎喙庾泳w，均由圓柱形的電介質(zhì)柱周期排列構(gòu)成；對(duì)于拓?fù)湎喙庾泳w，電介質(zhì)柱位于晶胞的中心，對(duì)于非拓?fù)湎喙庾泳w，具有相同半徑的四分之一電介質(zhì)柱位于晶胞的角落。

6、進(jìn)一步地，所述拓?fù)湎喙庾泳w和非拓?fù)湎喙庾泳w的材料均為硅。

7、進(jìn)一步地，所述硅的相對(duì)介電常數(shù)為11.7。

8、進(jìn)一步地，所述拓?fù)湎喙庾泳w和非拓?fù)湎喙庾泳w的晶格常數(shù)都為a。

9、進(jìn)一步地，所述拓?fù)湎喙庾泳w和非拓?fù)湎喙庾泳w的電介質(zhì)柱體的底邊半徑均為0.22a。

10、進(jìn)一步地，所述拓?fù)湎喙庾泳w和非拓?fù)湎喙庾泳w的電介質(zhì)柱均按正方晶格排列。

11、本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)高性能可調(diào)諧拓?fù)涔庾悠骷岢隽艘环N有效的方法，具有以下有益效果：

12、(1)動(dòng)態(tài)調(diào)控：通過調(diào)節(jié)外部偏置電壓，可以動(dòng)態(tài)地調(diào)節(jié)光子晶格的拓?fù)溥吘墤B(tài)和角態(tài)，實(shí)現(xiàn)光路的靈活控制。

13、(2)可編程性：可以根據(jù)需要選擇性地耦合不同拓?fù)鋺B(tài)，實(shí)現(xiàn)光路的可編程性。

14、(3)高效靈活：本發(fā)明提供了一種高效且靈活的方法來操縱光傳輸和局域，具有拓?fù)漪敯粜浴?/p>

技術(shù)特征：

1.一種基于液晶的電控拓?fù)涔庾討B(tài)耦合及其動(dòng)態(tài)調(diào)控方法，其特征在于，將光子晶格浸入液晶中，利用外部偏置電壓來主動(dòng)調(diào)制光子晶格的拓?fù)溥吔鐟B(tài)和拓?fù)浣菓B(tài)，從而實(shí)現(xiàn)高階拓?fù)鋺B(tài)之間的具有類fano線型的選擇性耦合。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于液晶的電控拓?fù)涔庾討B(tài)耦合及其動(dòng)態(tài)調(diào)控方法，其特征在于，所述液晶在不加電壓時(shí)，液晶分子的長(zhǎng)軸呈水平排列，此時(shí)折射率為1.45；當(dāng)電壓足夠高時(shí)，液晶分子將垂直傾斜，此時(shí)折射率為1.75。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于液晶的電控拓?fù)涔庾討B(tài)耦合及其動(dòng)態(tài)調(diào)控方法，其特征在于，所述光子晶格包括拓?fù)湎喙庾泳w和非拓?fù)湎喙庾泳w，均由圓柱形的電介質(zhì)柱周期排列構(gòu)成；對(duì)于非拓?fù)湎喙庾泳w，電介質(zhì)柱位于晶胞的中心，對(duì)于拓?fù)湎喙庾泳w，具有相同半徑的四分之一電介質(zhì)柱位于晶胞的角落。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于液晶的電控拓?fù)涔庾討B(tài)耦合及其動(dòng)態(tài)調(diào)控方法，其特征在于，所述拓?fù)湎喙庾泳w和非拓?fù)湎喙庾泳w的材料均為硅。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于液晶的電控拓?fù)涔庾討B(tài)耦合及其動(dòng)態(tài)調(diào)控方法，其特征在于，所述硅的相對(duì)介電常數(shù)為11.7。

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于液晶的電控拓?fù)涔庾討B(tài)耦合及其動(dòng)態(tài)調(diào)控方法，其特征在于，所述拓?fù)湎喙庾泳w和非拓?fù)湎喙庾泳w的晶格常數(shù)都為a。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于液晶的電控拓?fù)涔庾討B(tài)耦合及其動(dòng)態(tài)調(diào)控方法，其特征在于，所述拓?fù)湎喙庾泳w和非拓?fù)湎喙庾泳w的電介質(zhì)柱體的底邊半徑均為0.22a。

8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于液晶的電控拓?fù)涔庾討B(tài)耦合及其動(dòng)態(tài)調(diào)控方法，其特征在于，所述拓?fù)湎喙庾泳w和非拓?fù)湎喙庾泳w的電介質(zhì)柱均按正方晶格排列。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種基于液晶的電控拓?fù)涔庾討B(tài)耦合及其動(dòng)態(tài)調(diào)控方法。該方法通過將光子晶格浸入液晶中，利用外部偏置電壓來主動(dòng)調(diào)制光子晶格的拓?fù)溥吔鐟B(tài)和拓?fù)浣菓B(tài)，從而實(shí)現(xiàn)高階拓?fù)鋺B(tài)之間的具有類Fano線型的選擇性耦合。由于液晶在不同偏壓下表現(xiàn)出不同的折射率，可以實(shí)現(xiàn)光子晶體背景折射率的電控切換。在此基礎(chǔ)上，可以實(shí)現(xiàn)拓?fù)溥吔鐟B(tài)和拓?fù)浣菓B(tài)的光譜重疊，從而在結(jié)構(gòu)確定的光子晶格中實(shí)現(xiàn)高階拓?fù)鋺B(tài)之間的耦合。本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)高性能可調(diào)諧拓?fù)涔庾悠骷岢隽艘环N有效的方法，具有動(dòng)態(tài)調(diào)控、可編程性、高效靈活等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：詹鵬,江遙,李仕奇,黃慧,李浩天,胡君正
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南京大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19